编写一个电脑系统怎么写操作系统
操作系统使用C语言和汇编编写的,Windows,UNIX,Linux都是这样的。绝大部分是C,极少情况使用汇编。
操作系统的编写需要与硬件厂商紧密配合,两者相辅相成。操作系统的实现要对硬件作出假设,硬件的设计要对操作系统的使用做出假设。所以开发操作系统很大的难度就是要和众多硬件设备供应商保持紧密的合作。
编写操作系统,和开发应用程序很大的不同是,他没有平台的库函数使用,很多时候是直接面向硬件,而且不是像应用程序是靠事件来驱动,而是靠中端机制来促使操作系统运行
二 如何自己制作一个操作系统
你是一个真正的强人,也许我可以帮你。首先,你需要一个引导扇区(用汇编写),接下来你需要一个与引导扇区相对应的引导器(比如ntldr、bootmgr、grldr、ieldr,当然这里要你自己写,可以用汇编或C)。现在你的程序是这样的:开机通电,BIOS读取硬盘引导扇区数据,引导扇区加载引导器。接下来你要编写你的操作系统内核(用汇编或C)并让你的引导器加载你的系统内核或内核的一个加载模块。在编写操作系统内核时,你要考虑清楚如下问题:内存如何管理?是多进程还是单进程?处理器是在实模式还是在保护模式(保护模式要求自己编写外设驱动)?然后你要编写你的系统所需的文件系统。总之,问题多多。
更多内容,建议你读《Orange's一个操作系统的实现》。
三 怎么编写电脑系统
1. 建立开发环境
这一步非常的简单。
将masm613和vc15的压缩包分别解压到e:masm615和e:msvc15目录下。你也可以放到其他目录下,根据自己的情况而定,但是下面用到的编译命令需要作相应的修改。也不需要添加或修改任何的环境变量。
2. IBM PC的启动及当时的内存使用情况
这一部分内容已经是老生常谈了,但又不能不说。我们只说从硬盘引导的情况。
当BIOS经过POST(Power On Test Self)后,将硬盘MBR读到内存0x0000:0x7C00的位置,然后从这里开始执行。一般的情况,MBR将选择活动分区进行操作系统的启动。在MBR开始执行时,内存使用的情况如下图所示,地址数据用16进制表示:
这已经是老掉牙的内容了,但是,在20年前却十分流行。如果想更详细的了解这方面的内容,找本讲解DOS的书看看吧。
我们自己的操作系统将被加载到0x1000:0x0100。这不是必需或者必然蔽稿吵的,是人为选择的,你也可以将其放在0x4321:1234等其他地方。但是,上图中注明有其他用途的内存区域,应该保留,否则,你会后悔的。
3. 开发操作系统
我们自己的操作系统运行在实模式环境下(如果您不知道什么是实模式,也请看看20年前出版的当时非常流行的书,或者直接请教当时的前辈高手)。即使你的电脑是P4的CPU,刚启动时,也只相当于主频较高的8086而已。但是,没有关系。
首先,使用汇编语言写一个框架,文件名是entry.asm:
;
; entry.asm
; Copyright (C) 2004, Tian XiangYuan
;
.MODEL TINY,C
.386p
option expr32
option casemap:none
cmain PROTO NEAR C
.CODE
ORG 0100h ;偏移地址
_start:
jmp begin
nop
DB 'TianXiangYuan&39,0 ;the magic of my os
begin:
cli
mov ax,cs
mov ds,ax
mov es,ax
mov ss,ax
mov sp,0FFFFh
sti
call cmain ;调用C语言写的主函数
mov ax,4c00h ;调用DOS的功能(为了调试),与我宏侍们自己的操作系统无关
int 21h
这段代码非常简单,应该没有什么问题。
已经说了,操作系统将从0x1000:0x0100加载,说是无心,实则有意。我们知道,TINY模式的程序,在DOS下运行时,其起始地址就是0x0100,前面的256Byte是参数部分。如果直接将操作系统在系统启动时加载到0x1000:0x0100,调试时非常麻烦。我们将其起始地址设为0x0100,使其可以在DOS下运行(这也是在程序的最后包含int 21h指令的原因),确认正确无误后,再进行下一步的开发。
下面再看C语言的代码,文件名是main.c:
……
static void InitShell()
{
}
void cmain()
{
InitShell();
TermShell();
}
顾名思义,其中实现了一个简单的shell。因为该程序本身是操作系统的一部分,所以,平时经常使用的一些C库函数,在这里就不能使用了。总之,一切都要自己动手实现。幸好,在实模式下,几乎所有的设备的驱动都包含在BIOS中了,我们可以直接使用。否则,连从键盘读一个键值这样的事都需要自己写键盘的驱动程序,实在太难了。也是这个原因,我们自己的操作系统没有将CPU转到保护模式下,有心之人可以试试。
下面的事情几乎都可以使用C语言实现了。
第一,初始化显示模式。系统启动时,显卡已经被初始化成3模式了,就是80X25的彩色模式(除非你的显示器是单色显示器),我们不需要再做什么了。当然,你也可以将显卡设成VGA甚至SVGA模式,只要你的BIOS和显敬袭卡支持。
第二,实现一个具有简单交互功能的shell。代码不全,请自己补齐,或参看附件。
/*
*从键盘读一个字符,如果没有输入,则等待;返回值的低字节为asii码,高字节为键盘扫描码
*/
static int getch()
{
int chr=0;
__asm
{
mov ah,00h
int 16h
mov chr,ax
}
return chr;
}
/*
*使用TTY模式向屏幕输出一个字符
*/
static void putch(unsigned char key)
{
__asm
{
mov bh,0
mov al,key
mov ah,0Eh
int 10h
}
}
#define KEY_BACKSPACE 0x08
#define KEY_ENTER 0x0D
#define KEY_NEWLINE 0x0A
#define KEY_ESCAPE 0x1B
static int printk(const char* str,...)
{
…… //给大家一点空间,自己实现吧
}
static void endline()
{
putch(KEY_NEWLINE); //Line Feed (LF)
putch(KEY_ENTER); //Enter (CR)
}
static char msg_prompt[]="CMD:";
static void deal_cmd(char* cmd_line,int cmd_len)
{
…… //也请大家自己实现吧,例如,可以实现help,dir,cls,halt等命令
…… //其实,就是字符串比较的过程
}
static void TermShell()
{
char cmd_line[80]={0,};
int cmd_len=0;
endline();
printk(msg_prompt,sizeof(msg_prompt));
for (;;)
{
cmd_line[cmd_len]=getch();
switch(cmd_line[cmd_len])
{
case KEY_ENTER:
if (cmd_len>1)
deal_cmd(cmd_line,cmd_len);
//break;
case KEY_ESCAPE:
cmd_len=0;
endline();
printk(msg_prompt,sizeof(msg_prompt));
break;
case KEY_BACKSPACE:
if (cmd_len>0)
{
putch(0x08);
putch(' &39);
putch(0x08);
cmd_len--;
}
break;
default:
putch(cmd_line[cmd_len]);
cmd_len++;
}
}
}
更复杂、功能更强大的方法请参考BIOS的相关文档。也请大家发挥想象力,不断的扩展功能。说心里话,这个“操作系统”比dos还原始!但毕竟是自己的操作系统。
四 怎样自己写一个简单的操作系统
只要你学过汇编和C,只满足于写个“简单的操作系统",一两天就能搞定。
随便把你写过的小程序,用直接写硬盘软件(或者自己编一个,调用winapi的WriteFile函数就可以),写进硬盘/U盘引导区。记住,起始地址是7c00。
这就好了。注意,引导区只有440个字节给你用,程序不能太大,所以这部分基本要用汇编写。440字节后面是硬盘/U盘分区信息,不可以乱动。乱动以后bios可能没法识别硬盘/U盘。
引导区最后两个字节必须是55AA,不过一般你不用管,硬盘/U盘格式化的时候都已经给你写好了。
这样你的程序就在开机的时候直接运行了。
想调用大程序也没问题,你需要写个不超过440字节的程序,负责把第二个扇区的内容载入内存并执行,由第二个扇区的代码负责把所有代码载入内存。后面的部分用C写或者别的高级语言写都没什么问题了。
五 如何从零开始写一个简单的操作系统
(一)OS说明
今后,我就要开始折腾操作系统,有了一点小小干劲。
我的计划是,先看过一份用于教育目的的系统源码,再去翻找相应的资料(我手头已有绿宝书),在翻资料的同时开始写代码,然后做好移植真机的工作,DONE!
我也明白,理性很丰满,现实很骨感,这过程不会如同我计划中这般简单和轻松。但是,见难而退可不是我的风格(那样我会被红叶二小姐调戏的),不管如何,我都会,怎么说呢,尽力吧。
出于课程需求,斯坦福那些人亲自写了一个名为“pintos”的系统。pintos的结构比较简单,分为进程管理、文件系统、用户程序、虚拟内存等几个部分,也正是因为这个原因,我选择pintos作为我的参考蓝本,现在在读它的源码。
在接下来的几个月时间里,不出意外的话,我会不断的在博客上更新我的进度。
(三)交叉编译环境
倘若我们要在ubuntu上编译另外一个完整的OS,交叉编译环境是必不可少的玩意,维基网络有云:
交叉编译器(英语:Cross compiler)是指一个在某个系统平台下可以产生另一个系统平台的可执行文件的编译器。
(想起以前,我为了给路由器编译OPENWRT,下载大量源码,愣是编译了几天几夜。那时候的我,真是“可爱”。)
为了配置好交叉编译环境,我废了好大力气,最后勉强找到了组织。
编译环境大致分为2部分,binutils和gcc。我先装好gcc-4.9.1,之后下载gcc-4.9.1和binutils-2.25的源代码,似乎gcc版本与binutils版本要对应来着…
开始编译之前,需要准备全局变量(在命令行中敲入以下命令):
export PREFIX=”$HOME/opt/cross”
export TARGET=i686-elf
export PATH=”$PREFIX/bin:$PATH”
编译Binutils
cd $HOME/binutils-2.25
mkdir build-binutils
cd build-binutils
#注意是在源码目录下面新建一个文件夹,然后cd到该文件夹里,然后才配置configure,不这么做的话,嘿嘿..
../binutils-x.y.z/configure –target=$TARGET –prefix=”$PREFIX” –with-sysroot –disable-nls –disable-werror
make
make install
–disable-nls 告诉binutils,不要添加本地语言支持
–with-sysroot 告诉binutils,在交叉编译器中允许sysroot
编译GCC
cd $HOME/gcc-4.9.1
mkdir build-gcc
cd build-gcc
#注意是在源码目录下面新建一个文件夹,然后cd到该文件夹里,然后才配置configure,不这么做的话,嘿嘿..
../gcc-x.y.z/configure –target=$TARGET –prefix=”$PREFIX” –disable-nls –enable-languages=c,c++ –without-headers
make all-gcc
make all-target-libgcc
make install-gcc
make install-target-libgcc
–disable-nls 告诉GCC,不要添加本地语言支持。
–without-headers 告诉GCC,不要依赖任何本地库,我们必须在自己的OS中实现库。
–enable-languages 告诉GCC,不要支持除了C、C++之外的语言。
提醒
不同机器配置不同,编译速度也不同。
编译这两个软件,我花了近3个钟,机器配置之低自不必说,说了都是泪。
如果任何人的任何编译过程出了任何问题,请仔细地、认真地、用心地再看看上面的命令,在你没有弄懂它的原理之前,请不要擅自做任何“改进”(血淋淋、赤裸裸的教训呀)。
(五)OS模糊框架
翻完了手头的绿宝书,我才晓得,人都是被逼出来的。
操作系统的概念都差不多已经知道,接下来,该由“理论态”切换到“实践态”了喔(书还是不能看太多,会中毒的–)。
对了,从别人推荐的地方弄来了一个框架(曾在android平台写了几万代码,我深深体会到框架的作用),轻松开工吧。
六 怎么写操作系统
编写操作系统是一个很复杂的系统工程,需要对系统硬件有一定的了解,需涉及到很多的知识面,非一日一人之功;
但是,如只实现操作系统的简单功能,如任务调度、同步机制、中断管理等,还是比较简单的,尤其是一些针对嵌入式领域的操作系统还是比较短小精悍的,可以作为参考,如ucOS便是一个源码开放的操作系统,可参考之;另,《自己动手写操作系统》一书很不错,可作为参考。
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