1.1 引言

什么是操作系統(tǒng)呢？

有些讀者可能會像曾經(jīng)的筆者一樣，認(rèn)為操作系統(tǒng)是"一種圖形界面"；在學(xué)習(xí)了Linux操作系統(tǒng)后，認(rèn)為操作系統(tǒng)也可以是"一種命令行"。而不同種類，不同版本的操作系統(tǒng)，則是"不同的圖形界面"，或是"不同的命令行語法"。

那么，以Linux操作系統(tǒng)為例，讀者是否想過這些問題呢？

• 為什么輸入ls命令，屏幕上就顯示了文件列表？
• 什么是"文件"？
• 為什么在鍵盤上按一下l鍵，屏幕上就會顯示一個字母l，而不是別的字母，或者沒反應(yīng)？s鍵也是一樣
• 計算機(jī)怎么知道鍵盤被按下了？又怎么知道按的是什么鍵？
• 怎么在屏幕上顯示一個字符？

這一系列越來越底層的問題乍一看都問的莫名其妙，尤其是最后一個：學(xué)過C語言的讀者都知道，用C語言的printf函數(shù)，不就行了嗎？

那么，printf函數(shù)又是怎么實現(xiàn)的呢？

看來，事情并沒有這么簡單。這些看似莫名其妙的問題，都指向了一個詞：操作系統(tǒng)。

上述所有問題的答案，都可以用一句比較籠統(tǒng)的話來回答：由操作系統(tǒng)對這些功能提供支持。而其中原理，正是本系列要向讀者講述的。

歡迎來到操作系統(tǒng)的實現(xiàn)之旅！

1.2 準(zhǔn)備工作

想要實現(xiàn)一個操作系統(tǒng)，需要進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作。

首先是一臺安裝有Linux操作系統(tǒng)的物理機(jī)或虛擬機(jī)，且?guī)в蠫CC編譯器。

然后，需要下載并安裝匯編編譯器nasm，其官網(wǎng)為https://nasm.us/。使用./configure --prefix=... && make -jN && make install命令即可完成安裝。

然后，需要安裝bochs虛擬機(jī)，其官網(wǎng)為https://bochs.sourceforge.io/。bochs擁有強(qiáng)大的硬件模擬及調(diào)試功能，其用于運(yùn)行我們的操作系統(tǒng)。

bochs的安裝比較復(fù)雜，首先，需要使用普通的./configure --prefix=... && make -jN && make install命令將其編譯一次，此時得到的bochs程序是用于運(yùn)行的版本，此外，還會得到一個名為bximage的程序，其用于創(chuàng)建虛擬硬盤。然后，需要使用./configure --prefix=xxx --enable-debugger --enable-debugger-gui && make -jN && make install再編譯一次（注意兩次編譯的--prefix應(yīng)不同，否則就覆蓋了），這一次，得到的是bochs的調(diào)試器版本，當(dāng)操作系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，就依靠它了。由于這兩個版本的bochs名字一樣，所以，讀者應(yīng)將第二個bochs更名，筆者使用的名稱是bochsdbg。

然后，需要構(gòu)建虛擬硬盤。運(yùn)行bximage命令，然后輸入1，回車；接下來一直回車，直至命令結(jié)束。此時，當(dāng)前目錄下出現(xiàn)了名為c.img的文件，其大小接近10M，這個文件就是創(chuàng)建好的虛擬硬盤了。

接下來，需要為兩個版本的bochs分別構(gòu)造一個配置文件。第一個配置文件需要放在~/.bochsrc處，其內(nèi)容為：

romimage: file=$BXSHARE/BIOS-bochs-latest, options=fastboot
vgaromimage: file=$BXSHARE/VGABIOS-lgpl-latest
boot: disk
ata0-master: type=disk, path="c.img", mode=flat
megs: 32

此配置文件中，第4行設(shè)定的是虛擬硬盤信息；第5行設(shè)定的是內(nèi)存容量，單位是M；其他配置無需關(guān)注。

第二個配置文件需要放在~/.bochsdbgrc處，其內(nèi)容較上一個文件多了最后一行：

romimage: file=$BXSHARE/BIOS-bochs-latest, options=fastboot
vgaromimage: file=$BXSHARE/VGABIOS-lgpl-latest
boot: disk
ata0-master: type=disk, path="c.img", mode=flat
megs: 32
display_library: x, options="gui_debug"

第6行用于啟動bochs調(diào)試器的GUI。

最后，需要在~/.bashrc中將兩個版本的bochs與其配置文件分別對應(yīng)起來：

alias bochs="bochs -q"
alias bochsdbg="bochsdbg -q -f ~/.bochsdbgrc"

至此，所有的準(zhǔn)備工作就都完成了。

如果現(xiàn)在運(yùn)行bochs命令，bochs會顯示："No bootable device"（沒有可引導(dǎo)的設(shè)備），這是正常的，因為現(xiàn)在什么都還沒有實現(xiàn)。在下一章中，我們將正式開始實現(xiàn)操作系統(tǒng)。

本系列源碼可從https://github.com/yingyulou/Published-Articles/tree/master/code/os獲得。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一个操作系统的设计与实现——第1章 什么是操作系统的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。