自制操作系统Antz(1)——Boot Sector

0.引子

　　最近在看操作系统底层方面的东西，最开始的为什么是07c00h这个问题就让我对操作系统有了很大的兴趣。所以准备在看书之余顺便写一个操作系统(Anz)。至于为什么这个系统会被叫做Antz,可以参考Antz Uhl Kone(某个日漫男主的名字), 日语为アインズ·ウール·ゴウン ， 与之对应的还有接下来准备写的自制脚本语言AntzScript，因为准备是用Java实现解释器，所以如何把AntzScript运行在Antz上是一个很大问题（其实问题就是引入Java）。

　　Antz系统更新地址： https://www.cnblogs.com/LexMoon/category/1262287.html

　　Linux内核源码分析地址：https://www.cnblogs.com/LexMoon/category/1267413.html

1.关于Boot Sector

　　引导扇区(Boot Sector) 通常指设备的第一个扇区，用于加载并转让处理器控制权给操作系统。

　　1.1 主引导扇区

　　　　硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区，也叫主引导记录MBR，该记录占用512个字节，它用于硬盘启动时将系统控制权转给用户指定的、在分区表中登记了某个操作系统分区。MBR的内容是在硬盘分区时由分区软件写入该扇区的，MBR不属于任何一个操作系统，不随操作系统的不同而不同，即使不同，MBR也不会夹带操作系统的性质，具有公共引导的特性。但安装某些多重引导功能的软件或LINUX的LILO时有可能改写它，它先于所有的操作系统被调入内存并发挥作用，然后才将控制权交给活动主分区内的操作系统。

　　1.2 MBR成员

　　　　1.主引导程序代码，占446字节

　　　　2. 磁盘签名
　　　　3.硬盘分区表DPT，占64字节
　　　　4.主引导扇区结束标志55AAH
　　　　硬盘的主引导程序代码是从偏移0000H开始到偏移01BDH结束的446字节；主引导程序代码包括一小段执行代码。启动PC 机时，系统首先对硬件设备进行测试，成功后进入自举程序INT 19H；然后读系统磁盘0柱面、0磁头、1扇区的主引导扇区MBR的内容到内存指定单元0：7C00 首地址开始的区域，并执行MBR程序段。

　　1.3MBR功能

　　　　1．扫描分区表查找活动分区；
　　　　2．寻找活动分区的起始扇区；
　　　　3．将活动分区的引导扇区读到内存；
　　　　4．执行引导扇区的运行代码。
　　　　　  如果主引导代码未完成这些功能，系统显示下列错误信息

　　　　　　Invalid partition table
　　　　　　Error loading operating system
　　　　　　Missing operating system

　　MBR是BIOS接力的第一棒，在他之后，会由分区引导扇区DBR接力，至于为什么不直接给DBR。那是因为BIOS大小有限，无法完成所有操作，在给DBR之前会通过MBR完成。

　　目前只需要了解MBR，至于DBR会在之后进行解释。

2.Boot Sector实现代码

　　在BIOS自检等一系列工作完成后，要开始引导了。计算机会将硬盘0面0道1扇区512字节加载到07c00h（0000::7c00）处。

　　1）为什么是0面0道1扇区？

　　　　这个可以理解为是规定，当Bios工作完成后会去将硬盘0面0道1扇区512字节进行加载。但是真实情况是根据“魔数”来确定的，魔数就是有特殊意义的数，更大作用是用来做标记，比如MBR就是在512个字节的最后两个字节填入 0x55 ，0xaa来进行标记的。放在第一个扇区是因为0面0道1扇区是磁盘最开始的地方，一开始检验出有 0x55 ，0xaa就直接开始加载。

　　2）为什么是07c00h?

　　　　这个也可以当作是规定，在IBM文档中没有具体说明07c00h是为什么，但是在世界上第一台个人计算机诞生时，07c00h就是在它当中初次诞生的，那时的DOS最多也就是32K，为了实现MBR中的栈需要512B，为了满足需求取最大为1K，也就是32K-1K，就是07c00h了。

 org 07c00h
 mov ax,cs
 mov ds,ax
 mov es,ax
 call DispStr
 jmp $

 DispStr:
   mov ax,BootMessage
   mov bp,ax
   mov cx,
   mov ax,01301h
   mov bx,000ch
   mov dl,
   int 10h
   ret
 BootMessage:  db "Antz Uhl Kone"
 times -($-$$) db 

 dw 0xaa55

　第1行的org 07c00h已经做出讲解了，它规定了程序加载的区域。

　第2-4行是将ds，es和cs指向相同的地址

　第5行call DispStr是调用了子程序实现字符串显示。

　在子程序DispStr中：　　　　

　　　　mov ax,BootMessage   取得显示字符串的地址
　　　　mov bp,ax　　　　　　es:ax 串地址
　　　　mov cx,16　　　　　　cx，串长度
　　　　mov ax,01301h　　　  ah = 13 h al=01h
　　　　mov bx,000ch　　　　　bh = 00 页号    bl = 0ch 字色
　　　　mov dl,0
　　　　int 10h　　　　　　　  10h中断
　　　　ret

　第6行的 jmp $是为了进行无限循环。

$可以理解为当前行命令的起始地址，$$是表示当前段的起始地址。

第18行的times 510-($-$$) db 0  是将剩下的地址全部填 0 ，在512个字节中，0x55,0xaa占两个字节，剩下的510个字节减去之前用过的（$-$$）个字节，身下的512-2-$-$$个字节全部填0。

3.代码生成Img镜像

　　工具 ： NASM , FloppyWriter

　

　　先对asm文件使用NASM编译成为bin文件：

nasm os.asm -o os.img

　　

　　此时在asm同级目录生成了一个os.bin文件。

　新建一个文件为 One_Antz.img

　　　　

　　此时生成了一个空的img文件。

　　打开FloppyWriter.exe，选择第二个

　　先选择我们生成的bin文件，点击下一步

　　再选择我们创建的img文件。

　　镜像就制作成功了。

　　　

　　生成的镜像就是我们之前创建的img文件，内容被直接写入了。

　　现在可以使用虚拟机打开我们创建的镜像了。

　　

　　设置好镜像后打开虚拟机。