對于后端開發(fā)而言，操作系統(tǒng)層面的進程、線程、內(nèi)存、I/O等相關知識根本逃不掉；

對于WEB開發(fā)，性能調(diào)優(yōu)更是離不開操作系統(tǒng)；

對于運維、測試，如果操作系統(tǒng)學的好，那么在出現(xiàn)問題時定位速度和解決bug的速度一定會提升；

對于非專業(yè)人員來說，操作系統(tǒng)在日常生活中更是無處不在，手機、智能手表、電腦、路由器等等都是各種操作系統(tǒng)，了解一些操作系統(tǒng)的知識可以讓你快樂（裝逼）。

總之，對于感興趣的同學而言，操作系統(tǒng)不妨看一看，學一學。

Hello OS

引導程序

剛開始我們不來那么硬核的知識，而是直接動手寫一個最微型的操作系統(tǒng)——Hello OS。等擼完了，我們再回過頭來看看它的細節(jié)！

一般來說機器加電啟動后，整個計算機第一個啟動的程序就是固化在PC主板上的BIOS固件，它啟動之后檢測系統(tǒng)參數(shù)，如內(nèi)存的大小、日期和時間、磁盤設備以及這些磁盤設備用來引導的順序。BIOS尋找用于裝載操作系統(tǒng)的指令。裝載操作系統(tǒng)的這個程序就是boot loader。Linux系統(tǒng)默認的boot loader就是GRUB（GRand Unified Bootloader），于是PC上電以后系統(tǒng)啟動流程如下：

[圖片上傳失敗...(image-2afb4b-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

接下來我們要做的就是寫一個由GRUB引導的“操作系統(tǒng)”——它會在屏幕上顯示"Hello OS"。注：****其實操作系統(tǒng)歸根結底也是一個程序，只不過它在開機之后已經(jīng)運行，并且權限和功能高的嚇人，你可以將它看成是整個計算機應用的管家角色。

環(huán)境準備

下載VMware，并安裝Ubuntu16.04鏡像，安裝鏈接如下：

https://blog.csdn.net/stpeace/article/details/78598333

安裝成功之后，打開虛擬機。

[圖片上傳失敗...(image-df3671-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

下載源代碼

在虛擬機（Vmware）中打開terminal，使用git clone下載源代碼。如果提示git command沒找到，輸入命令：

<pre class="custom" data-tool="markdown.com.cn編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">sudo apt-get install git </pre>

代碼結構如下：

[圖片上傳失敗...(image-5ba478-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

其中，

• entry.asm：是一段匯編代碼，用作GRUB引導調(diào)用，關掉中斷，設定CPU工作模式，初始化寄存器及C語言運行環(huán)境等；
• hello.lds：進行鏈接調(diào)用，代碼簡單看看，反正也看不懂：

<pre class="custom" data-tool="markdown.com.cn編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">ENTRY(_start) OUTPUT_ARCH(i386) OUTPUT_FORMAT(elf32-i386) SECTIONS { . = 0x200000; __begin_start_text = .; .start.text : ALIGN(4) { *(.start.text) } __end_start_text = .; __begin_text = .; .text : ALIGN(4) { *(.text) } __end_text = .; __begin_data = .; .data : ALIGN(4) { *(.data) } __end_data = .; __begin_rodata = .; .rodata : ALIGN(4) { *(.rodata) *(.rodata.*) } __end_rodata = .; __begin_kstrtab = .; .kstrtab : ALIGN(4) { *(.kstrtab) } __end_kstrtab = .; __begin_bss = .; .bss : ALIGN(4) { *(.bss) } __end_bss = .; } </pre>

• install.md:該文件中是GRUB引導的配置內(nèi)容，需要將這個文件里的內(nèi)容復制到GRUB的cfg配置文件中，才能使電腦開機時可以找到我們的Hello OS；
• main.c:我們Hello OS的主函數(shù)，它調(diào)用的printf可不是常見的C語言庫函數(shù)哦，而是我們自己實現(xiàn)的printf！即下面要講的vgastr.h：

[圖片上傳失敗...(image-6d0607-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

• vgastr.h：控制計算機屏幕VGABIOS固件程序顯示特定字符，后面詳細介紹；
• Makefile：利用make工具來實現(xiàn)編譯源代碼，主要是將entry.asm、main.c、vgastr.h編譯并鏈接。

編譯操作系統(tǒng)

流程

Makefile文件中其實已經(jīng)寫出了如何編譯我們的操作系統(tǒng)，有興趣的可以打開看看，篇幅太長就不放了。（但這其實很重要，最好去看看，并學學make 或者cmake）

整個編譯流程就如圖：

[圖片上傳失敗...(image-74da22-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

編譯

在當前文件路徑下打開terminal，輸出指令：

<pre class="custom" data-tool="markdown.com.cn編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">make all </pre>

emm.....果然不出所料沒有安裝nasm編譯器：

[圖片上傳失敗...(image-e0ed28-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

輸入命令：

<pre class="custom" data-tool="markdown.com.cn編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">sudo apt-get install nasm </pre>

安裝完畢之后再次運行，報了一個warning，暫時不管：

[圖片上傳失敗...(image-a537e7-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

經(jīng)過編譯，我們的文件夾下多了很多的東西，.O屬于中間生成的文件，不用理會，重點在于這個HelloOS.bin文件：

[圖片上傳失敗...(image-2e19ea-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

這個HelloOS.bin就好像是刻錄有WIN10操作系統(tǒng)的硬盤，可是沒那么值錢，說不定以后咱們的OS就貴了呢？！

安裝

好了，Hello OS都有了，那么怎么安裝到我們電腦上？

別急，很簡單，慢慢來。

先通過以下命令，找到boot目錄掛載分區(qū)：

<pre class="custom" data-tool="markdown.com.cn編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">df /boot/ </pre>

我的結果如下：

[圖片上傳失敗...(image-32f3d5-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

也就說我的虛擬機中ubuntu16.04的系統(tǒng)GRUB引導是在硬盤的第一分區(qū)。

然后打開文件夾中的install.md，復制粘貼到****/boot/grub/grub.cfg中，install.md主要是加載我們的Hello OS的啟動項：

<pre class="custom" data-tool="markdown.com.cn編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">//install.md menuentry 'HelloOS' { insmod part_msdos insmod ext2 set root='hd0,msdos1' #注意boot目錄掛載的分區(qū)，這是我機器上的情況 multiboot2 /boot/HelloOS.bin boot } </pre>

注意！df /boot的結果在哪個sda？，set root=‘hd0，msdos？’中的？就填什么。

而后，運行將我們的****Hello OS.bin 文件復制到 /boot/ 目錄下：

<pre class="custom" data-tool="markdown.com.cn編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">sudo cp HelloOS.bin /boot </pre>

最后重啟計算機,等待中。

[圖片上傳失敗...(image-7cd091-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

失??？

emm....第一次失敗了，還是進入了ubuntu。

想起之前安裝windows系統(tǒng)盤的經(jīng)歷，猜測是由于GRUB引導界面時間顯示太短，百度了一下找到這個博客：

https://jingyan.baidu.com/article/6dad50755e35d1a123e36ecc.html

打開sudo gedit /etc/default/grub，修改其中的GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT為“text”，并加“#”注釋掉HIDDEN兩行，如下：

[圖片上傳失敗...(image-ef48d0-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

根據(jù)博客所說，需要更新grub配置：

<pre class="custom" data-tool="markdown.com.cn編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">sudo update-grub </pre>

再次重啟！

[圖片上傳失敗...(image-354f46-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

蕪湖！運行一下看看（選中并enter）

[圖片上傳失敗...(image-b162e3-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

當看到屏幕上顯示的Hello OS的時候，恭喜，你的操作系統(tǒng)已經(jīng)啟動了！

以后你需要做的，就是不斷的完善和拓展你的操作系統(tǒng)，使它的功能愈發(fā)強大！

細節(jié)補充

顯卡與printf

在源代碼的main.c中，我們調(diào)用了一個printf：

<pre class="custom" data-tool="markdown.com.cn編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`//彭東 @ 2021.01.09

include "vgastr.h"

void main() {
printf("Hello OS!");
return;
}` </pre>

printf()函數(shù)源碼在源文件vgastr.h中：

<pre class="custom" data-tool="markdown.com.cn編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">//彭東 @ 2021.01.09 void _strwrite(char* string) { char* p_strdst = (char*)(0xb8000);//指向顯存的開始地址 while (*string) { *p_strdst = *string++; p_strdst += 2; } return; } void printf(char* fmt, ...) { _strwrite(fmt); return; } </pre>

可能有點看不懂上述代碼是什么意思，這里需要補充一下：我們要在屏幕上顯示字符，就要編程操作顯卡。無論我們 PC 上是什么顯卡，它們都支持一種叫 VESA 的標準，這種標準下有兩種工作模式：字符模式和圖形模式。顯卡們?yōu)榱思嫒葸@種標準，不得不自己提供一種叫 VGABIOS 的固件程序。

字符模式

圖形模式較為復雜，并且我們顯式“Hello OS”只需要簡單的字符模式即可。在字符模式下顯卡把屏幕分成 24 行，每行 80 個字符，把這（24*80）個位置映射到以 0xb8000 地址開始的內(nèi)存中，每兩個字節(jié)對應一個字符，其中一個字節(jié)是字符的 ASCII 碼，另一個字節(jié)為字符的顏色值。如下圖所示：

[圖片上傳失敗...(image-a36603-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>

現(xiàn)在回過頭來看代碼：rintf 函數(shù)直接調(diào)用了 _strwrite 函數(shù)，而 _strwrite 函數(shù)正是將字符串里每個字符依次輸入到 0xb8000 地址開始的顯存中，為了跳過字符的顏色信息空間，而 p_strdst 每次加 2。

思考題

在printf 函數(shù)定義，其中有個形式參數(shù)很奇怪，請你思考下：為什么是“…”形式參數(shù)，這個形式參數(shù)有什么作用？

答：這其實是C語言可變長參數(shù)的應用。對于x86來說，函數(shù)參數(shù)入棧順序為從右往左，因此，在知道第一個參數(shù)地址之后，我們能夠通過地址偏移獲取其他參數(shù)。

并且在這種方式下，棧頂元素就是printf第一個需要打印的元素，方便顯卡打印。更詳細解釋。

致謝

由衷感謝彭東老師帶來的操作系統(tǒng)精講，截止2021/05/19，課程更新到了第5講，誠意滿滿，收獲滿滿。

但這兩天只是大致地看了一遍，而且由于之前學過操作系統(tǒng)，有些不以為意，并沒有真正地去領會其內(nèi)涵，特地寫了這一個學習筆記性質(zhì)的文章，與大家共同學習，一起進步！

https://time.geekbang.org/column/intro/100078401?tab=catalog

https://time.geekbang.org/column/article/369457

課程大綱如下：

[圖片上傳失敗...(image-be185d-1709767645128)]

<figcaption style="margin-top: 5px; text-align: center; color: #888; display: block; font-size: 12px; font-family: PingFangSC-Light;">img</figcaption>