linux上配置bochs，搭建基于X86架构操作系统的开发环境

学习操作系统最好的方法就是自己编写新的操作系统，或者修改已有的操作系统。但是如果在真机上完成这个过程，调试会成为一个很大的问题。利用虚拟机来完成，可以使调试过程变得简单，而且能节约很多开关机的时间。

Bochs是一个仿真X86机器的软件，它仿真了所有的机器指令，因此在上面跑的程序跟跑在真机上的效果完全一样，很适合拿来搭建开发环境。

下面就来聊一聊怎么搭这个开发环境。

我使用的主机操作系统为ubuntu16.04。

第一步：下载并安装仿真软件bochs

1. 从http://bochs.sourceforge.net/下载并安装bochs。找到文件下载的路径后执行

   tar vxzf bochs-2.6.9.tar.gz

2. 进入文件目录，并执行配置文件，使能调试功能

   cd ./bochs-2.6.9

/configure --enable-debugger --enable-disasm.

3. 编译文件

   make

   若出现 gui.libgui.a(x,o):undefined reference to symbol的错误，执行

   sudo apt-get install xorg-dev

4. 编译通过后,执行

   sudo make install
   
   将文件安装到系统默认的目录下。

至此bochs已经安装完成。

第二步：根据要仿真的机器的硬件配置，修改bochs的配置文件。

在 /usr/local/share/doc/bochs下存在一个模版文件bochsrc-sample.txt。我们可以根据这个模版自行编写一个bochsrc配置文件。

配置文件用来设置虚拟机的CPU型号，内存容量，主引导设备，ATA设备，ROM程序等，通过这个配置文件就可以抽象出一台计算机。

自行编写的文件中未指定的参数，bochs会采用默认参数。以下为我的bochsrc文件。

新建一个名为bochsrc（不能为其他名字）的文件，编辑如下

########################################################
#Bochs Configure File
########################################################

#=======================================================
#The amount of physical memory
#=======================================================
megs: 16

#=======================================================
#The log file for debug
#=======================================================
log: bochsout.txt

#=======================================================
#The way to boot
#=======================================================
boot: floppy

#=======================================================
#ATA controller for hard disks and cdroms
#=======================================================
ata0: enabled=1, ioaddr1=0x1f0, ioaddr2=0x3f0, irq=14
ata1: enabled=1, ioaddr1=0x170, ioaddr2=0x370, irq=15
ata2: enabled=0, ioaddr1=0x1e8, ioaddr2=0x3e0, irq=11
ata3: enabled=0, ioaddr1=0x168, ioaddr2=0x360, irq=9

#=======================================================
#The master and slave devices of ATA[0:3]
#=======================================================
#ata0-master: type=disk, mode=flat, path="30M.sample"
#=======================================================

#The pathname of a bootable floppy
#=======================================================
floppya: 1_44=bootimage.img, status=inserted

#=======================================================
#The program in BIOS ROM.
#=======================================================
romimage: file=$BXSHARE/BIOS-bochs-latest, options=fastboot

该文件配置了16M的内存，从第一个软盘启动系统，引导程序映像为bootimage.img。

第三步：利用bochs自带的软盘/硬盘映像制作软件，制作floppy或者hard disk 映像。

在当前目录下执行bximage, 可以按照步骤制作出虚拟的软盘或者硬盘映像。

注意：该映像名称应该与bochsrc中的设置一致，否则虚拟机找不到引导程序。在这里命名为bootimage.img。

第四步：编写一个程序，并写入到bootimage.img的引导分区。

1. 安装汇编编译软件 as86和ld86

   sudo apt-get install bin86

2. 新建boot.s文件，并编辑如下

1 entry start
2 start:
3 mov ax,#0xb800
4 mov ds,ax
5 mov byte[0],#0x41
6 mov byte[1],#0x1f
7 hlt

该程序会在屏幕左上角显示一个蓝底白色的A。

1. 用下面两个命令生成可执行文件boot。
   
   as86 -o boot.o boot.s

   ld86 -o boot boot.o

   刚开始，我到这里就把boot写入到bootimage.img里面去了，然后执行bochs, 屏幕并没有显示A，反而提示不能识别的引导程序。
   
   原因是写入到bootimage.img的512字节文件的最后两个字节没有赋为0x55AA, 所以硬件不能将其识别为引导程序。

   由于我目前对汇编还不是很熟悉，不知道如何控制代码的长度，使得boot文件的第511和512字节为55和AA，所以采用了间接的办法，用c程序完成以上任务。步骤如下

2. 建立bootsect.c 文件，写入如下代码

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc,char*argv[]){
int file_desc;
unsigned char buffer[512];
file_desc=open("./boot",O_RDONLY);
if(file_desc==-1){
perror("failed to open file");
return -1;
}
 read(file_desc,buffer,510);
 close(file_desc);
 buffer[510] =0x55;
 buffer[511] =0xaa;
 file_desc = open("./boot",O_RDWR);
 if(file_desc ==-1){
 perror("failed to open file");
 return -1;
 }
 write(file_desc,buffer,512);
 close(file_desc);
 puts("successful.");
 return 0;}

这段程序其实就是把boot的内容读到512大的数组里，然后把数组后两个字节赋值0x55AA, 然后写回boot。

1. 用gcc编译.c文件并执行，若没有gcc，请安装

   gcc -o bootsect bootsect.c

./bootsect
   
   若成功，shell会出现successful。

最后一步：将boot文件写入到软盘映像bootimage.img，并启动bochs

1. 利用dd命令将boot文件复制到bootimage.img的开始的512字节处。
   
   dd if=boot of=bootimage.img bs=512 count=1 conv=notrun

2. 启动bochs。
   
   bochs
   
   然后输入6, enter, 虚拟机就启动了。在shell里输入c, enter,。
   
   如果在虚拟机的最左上角里看到一个蓝底白色的字符A，就说明你大功告成啦！！！

***其实，如果把boot文件烧写到U盘里，并把一台真机设为U盘优先启动，在该真机上插上U盘，上电后在屏幕左上角同样会看到一个蓝底白色的字符A，想想是不是很激动！自己真正控制了计算机的启动！虽然一启动就死在那里了(╥╯^╰╥) ***