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　　項目地址：https://github.com/lucasysfeng/lucasOS

　　

　　上一講我們介紹了計算機的啟動流程，并給出了一份簡單的主引導記錄代碼，此份代碼僅僅是顯示幾個字符，并沒有做它本應該做的事--啟動內核。本講我們首先看下內核是如何被啟動的，然后寫一個簡單的內核，用已經實現的主引導記錄配合GRUB啟動它。

如何啟動內核

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　　前一講我們說到，計算機讀取"主引導記錄"前面446字節的機器碼之后，會運行事先安裝的“啟動管理器”bootloader，由用戶選擇啟動哪個內核，之后就會載入內核，將控制權交給內核。GNU GRUB（GRand Unified Bootloader）就是一種bootloader，滿足多重引導規范（The Multiboot Specification），GRUB可選擇操作系統分區上的不同內核，下圖就是GRUB的圖形界面：

圖 GRUB界面

　　能夠被GRUB啟動的內核需要滿足兩個的條件:

(1) 內核的前8K字節內必須要包含多重引導規范的頭信息（Multiboot Header）；
(2) 內核要加載在內存地址的1MB以上。

　　那么Multiboot Header是什么樣子的呢？它必須包含4字節對齊的3個域（還有其他非必須域，我們不討論），如下：

魔數域（magic）：標志頭的魔數，必須等于 0x1BADB002。。
標志域（flag）：是否需要引導程序支持某些特性，我們不關心這些特性，這個標志置為0。
校驗域（checksum）：校驗等式是否成立（magic + flags + checksum = 0）

?　　本文不討論GRUB的實現，我們會用前人已經寫好的GRUB（筆者會給出），我們要做的是完成符合GRUB啟動規范的內核。為了完成這個內核，我們需要寫少量的匯編用來在內核中加入Multiboot Header，然后用C語言寫內核入口，最后將匯編目標代碼和C語言目標代碼鏈接起來生成真正的內核。下面就讓我們一步步地完成這些吧！

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第一步 匯編入口

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　　1. 匯編代碼如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

; 文件名 boot.asm ; Copyright: www.cnblogs.com/lucasysfeng MBOOT_MAGIC? equ 0x1BADB002? ; multiboot magic域，必須為此值 MBOOT_FLAGS? equ 0x00??????? ; multiboot flag域, GRUB啟動時是否要做一些特殊操作 MBOOT_CHECKSUM? equ -(MBOOT_MAGIC + MBOOT_FLAGS) ; multiboot checksum域，校驗上面兩個域是否正確 [BITS 32]??????????????????? ; 以32位編譯 section .text ??dd? MBOOT_MAGIC ??dd? MBOOT_FLAGS ??dd? MBOOT_CHECKSUM ??dd? start [GLOBAL start] [EXTERN kernel_main]???????? ; 內核入口函數, EXTERN表明此符號在外部定義 start: ??cli??????????????????????? ; 禁用中斷 ??call kernel_main?????????? ; 調用內核入口函數 ??jmp $????????????????????? ; 無限循環

　　在上面匯編中，我們定義了GRUB啟動需要的域MBOOT_MAGIC、MBOOT_FLAGS和MBOOT_CHECKSUM，并調用了內核入口函數kernel_main, kernel_main下一節實現。

　　2. 編譯生成目標文件boot.o

# nasm -f elf boot.asm -o boot.o

　　運行上面命令后會生成目標文件boot.o，-f ?elf的意思是生成ELF格式的目標代碼。

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第二步 內核入口

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?　　1. 內核代碼如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

/**************************************************** # Copyright(c) www.cnblogs.com/lucasysfeng, all rights reserved # File??????? : kernel.c # Author????? : lucasysfeng # Description : 內核入口函數 ****************************************************/ int kernel_main() { ????// 顯存開始地址 ????char *display_buf = (char*)0xb8000;???????? ????// 清屏 ????unsigned int i = 0; ????const unsigned int total = 80 * 25 * 2;????? // 一屏25行，每行80個字符，每個字符2個字節 ????while(i < total) ????{ ????????display_buf[i++] = ' '; ????????display_buf[i++] = 0x04;???????????????? // 顏色 ????} ????// 顯示字符 ????const char *str = "Hello World, welcome to kernel!"; ????for (i = 0; '\0' != *str;) ????{ ????????display_buf[i++] = *(str++); ????????display_buf[i++] = 0x04; ????} ????return 0; }

　　0xb8000h是顯存開始的地址，讀者可以看第一講（http://www.cnblogs.com/lucasysfeng/p/4846119.html）“實模式內存地址空間分布”那張圖，找到0xb8000h這個地址。從0xb8000h這個地址開始，每2個字節表示一個字符，前一個字節是字符的ASCII碼，后一個字節是這個字符的顏色和屬性，顏色和屬性此處先不用關心。這段C代碼的其余部分相信讀者都能看得懂，我就不過多解釋了。?

　　2. 編譯生成目標文件kernel.o

# gcc -m32 -c -o kernel.o kernel.c

　　運行上面命令后，目標文件kernel.o就生成了。

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第三步 生成內核

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?　　上面講到了能被GRUB啟動的內核需要滿足的條件：

(1) 內核的前8K字節內必須要包含多重引導規范的頭信息（Multiboot Header）；
(2) 內核要加載在內存地址的1MB以上。

　　我們將頭信息放在了匯編生成的目標文件boot.o中，因此我們需要將boot.o和kernel.o鏈接到一起生成真正的kernel,并且這個真正的內核要加載到1MB內存上，為此，我們需要下面的鏈接腳本和命令(關于鏈接腳本的使用自行google，筆者的另一篇文章《鏈接到底干了什么》可以參考)：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

/*************************** * 文件名: link.ld?? ***************************/ ENTRY(start) SECTIONS { ????. = 0x100000; ????.text : ????{ ????????*(.text) ????????. = ALIGN(4096); ????} ????.data : ????{ ????????*(.data) ????????*(.rodata) ????????. = ALIGN(4096); ????} }

　　我們用ld命令鏈接目標文件boot.o和kernel.o，指明使用鏈接腳本link.ld:

# ld -T link.ld -m elf_i386 -nostdlib boot.o kernel.o -o kernel

　　運行上面命令后，會生成我們要啟動的真正的內核kernel，那么這個kernel是否滿足GRUB啟動規范呢？我們可以通過反匯編來看一下：

# objdump -d ?kernel | head -n30

　　結果如下圖所示，我們看到100000了嗎，這個就是起始的地址即1M，看到02 b0 ad 1b 00 00了嗎，這個就是GRUB魔數域1b ad b0 02（大小端問題，反向存儲）

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第四步 將內核拷貝到軟盤鏡像

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　　我們這里不制作軟盤鏡像，而是使用已經制作好的軟盤鏡像，鏡像名稱lucasOS.img，已經放在github上了。我們也無需制作GRUB，這個軟盤鏡像已經包含了GRUB.我們要做的是把內核文件kernel拷貝到軟盤鏡像lucasOS.img中。

　　1. 獲取lucasOS.img軟盤鏡像。

　　lucasOS目錄下的lucasOS.img就是我們要的軟盤鏡像。

# git clone https://github.com/lucasysfeng/lucasOS.git

　　2. 創建掛載點。

# sudo mkdir /mnt/lucasOS

　　3. 掛載軟盤鏡像。

　　注意把lucasOS.img改為你的lucasOS.img所在路徑。

# sudo mount lucasOS.img /mnt/lucasOS ? ??

　　4. 把內核文件拷貝到軟盤鏡像中。

　　注意把kernel改為你的kernel所在路徑。

# sudo cp kernel /mnt/lucasOS/kernel ? ? ? ? ?

?　　5. 卸載軟盤鏡像。

#?sudo umount /mnt/lucasOS

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第五步 啟動內核

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?　　上一講我們用軟盤鏡像啟動了一個空的虛擬機，下面用同樣地操作啟動虛擬機，要記得把軟盤鏡像lucasOS.img從ubuntu拷貝到windows下。這里我們使用VMware創建虛擬機，當然也可以使用其他軟件創建虛擬機。

　　1. 創建空的虛擬機，去掉開機從CD/DVD啟動選項。　　

　　2. 網絡選擇host-only模式。

　　3. 選擇從軟盤驅動，路徑選擇已經拷貝到windows下的鏡像lucasOS.img.

　　4. 開啟虛擬機電源，看到如下的畫面（約停留2s），恭喜你，GRUB成功了！

　　5. GRUB啟動成功后，會自動載入內核，出現下面畫面，恭喜你，載入內核成功！

　　好了，至此，我們完成了內核的啟動流程，下一講我們開始內核之旅！

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代碼獲取

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　　本系列GitHub地址?https://github.com/lucasysfeng/lucasOS，用下面命令獲取代碼:

#?git clone https://github.com/lucasysfeng/lucasOS.git

　　本講的代碼是code/chapter2，筆者已經將上面的命令集成到Makefile中了，讀者只需進入目錄，按ReadMe.txt說明執行即可，有問題請留言。

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參考

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?1.?http://www.jamesmolloy.co.uk/tutorial_html/2.-Genesis.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的跟我一起写操作系统(二)——史上最简单的内核的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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