[翻譯]如何開始開發本身的操做系統

時間 2019-11-16

標籤翻譯如何開始開發本身系統简体版

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This tutorial is written by K.J. and Joachim Nock. Updated 2002.11.20 by K.J. php

原文地址：http://www.osdever.net/tutorials/view/getting-started-in-os-development 前端

譯者能力有限，歡迎砍磚，共同進步 編程

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目前看來確實有不少人想要寫一個本身的操做系統，可是他們不知道到底從哪開始，並且他們不知道到底都須要掌握哪些計算機語言。函數

其實，讓我開始寫我本身的操做系統的時候，我確實也經歷了這樣的問題。所以我寫了這個如何開始開發操做系統的教程。學習

我寫了個Q&A表來幫助你們理解。 ui

Q：要寫一個本身的操做系統，我都應該掌握哪些計算機語言？ spa

A：你須要至少知道彙編語言（ASM），由於你將使用它去寫一個bootsector（下面會解釋這個問題）以及很多其它的事情。我還建議你須要學習C/C++，與彙編語言相比它更好理解一些。你能夠把它們都用在你的操做系統中。你可能會想使用Pascal和彙編去替代C++，可是我建議使用C/C++和彙編。（記住這裏有一些關於C++和操做系統開發的特別的問題）操作系統

Q：什麼是bootsector（引導扇區）？ .net

A：bootsector被存在你的軟驅或者硬盤最前端的小程序。它用來幫助找到你的內核（這是你操做系統的主要部分），而且把它加載到內存中，而且運行它。

Q：是否是我不得不在一個操做系統上去寫的個人操做系統？

A：是的，不少人使用MS Windows或者Linux來開發他們的操做系統。

Q：我應該使用什麼編譯器？

A：對於彙編語言來講，我建議使用NASM，由於他是免費的，有很好的文檔，能夠輸出不少文件格式，而且支持大多數操做系統，咱們能夠找到不少可用的源代碼示例。對於C/C++來講，我建議使用Linux的朋友使用gcc，MS Windows平臺下的朋友使用DJGPP。（它們是相互兼容的）。

Q：怎麼作才能讓個人操做系統的bootsector啓動起來？

A：你須要輸出一個二進制文件。若是你使用NASM的話，你須要使用-f bin參數，若是你使用C/C++的話你須要一個linker（鏈接器）去作這些事情（下面會介紹linker）。

Q：什麼是linker，我應該怎麼把它用在個人開發中。

A：一個linker能夠把編譯器生成的文件連接成一個文件。在操做系統開發過程當中，你將會常常想要把你的文件連接成一個龐大的2進制文件。對於LD（大多數人通常都會與DJGPP或者gcc一塊兒使用鏈接器）咱們須要使用—oformat binary參數。若是你使用LD的話，你可能還須要一個linker script（連接腳本）去控制的你連接。見My suggestions for making your OS。

http://www.osdever.net/mysuggestions.php

譯者注：連接已經失效

Q：什麼是Real Mode（實模式）？

A：Real Mode是一個當你打開x86(386,486,Pentium,etc)電腦時的CPU狀態。Real Mode有如下幾個劣勢：

它缺少保護，而且缺少阻止程序與其餘程序發生混亂和衝突的能力。

也許你只有一個任務

你最多隻有1兆的地址空間。

你必須分段去訪問內存。

Q：什麼是Protected Mode（保護模式）？

A：Protected Mode（還稱做PMode）是一個Real Mode的進階模式。Protected Mode相對Real Mode有如下幾個優點:

Protected Mode是被保護的，這個是一個去阻止程序與其餘程序發生衝突混亂的能力（這是Protected Mode的名字的由來）。

也許你只有幾個任務（就像Windows和Linux）。

你有4G的內存空間，是的4G。（一次使A20-Gate可用，看下一個問題）。

你可使segmentation（段）去訪問內存。

若是這還不夠明顯，那除非你有一個很是特殊的緣由去使用Real Mode，不然你的操做系統須要運行在Protected Mode下。

Q：什麼是A20-Gate？

A：8086微處理器（也就是在286，386，486，奔騰等以前的Intel處理器）能夠尋址（access）1MB的地址空間（access space）。對於這個尋址範圍，20根地址線（A0-A19）已經足夠了。在Intel發明了80286（一般被叫作286）以後。80286須要尋址到16MB的尋址空間，可是80286倒是和8086同樣的（這是爲了保證哪些爲8086開發的程序也能一樣運行在80286上）。

那解決方案是什麼呢。首先必需要給80286更多的地址門，可是一些程序已經依賴於這1MB的地址空間。

讓咱們看看在這種狀況下8086看到了什麼：你有一個地址：11111111111111111111，當你要給它加1的時候，結果倒是0。緣由是你沒有第21位（A20）。可是80286確實有不少位。

爲了解決這個問題，Intel創造了80286 A20-Gate關閉模式，這種狀況下，地址範圍就是20位。所以，爲了尋址超過1MB的內存，咱們必須打開A20-Gate。

Q：什麼是selector？

A：selector（有些狀況也被叫作descriptor）是一個分段的定義。它包含了基礎段屬性的一個描述。像基段（它是內存的開始）和段的極限（它的長度）。每一個selector都有64 位長。關於它的更多描述，咱們能夠看GDT和LDT。

Q：什麼是GDT？

A：GDT是一個包含selector的表。簡單的說，它爲尋址全部的selector提供了一個開始地址。

譯者注 start

這裏關於GDT的解釋很是少，因此我再解釋一下

GDT全稱是Global Descriptor Table

在咱們實際使用CPU的時候，確定是同時執行N個程序，每一個程序都會有本身的內存空間，所以咱們要爲每一個程序聲明本身的內存空間。

因此要使用GDT（中文是啥我也不知道）。

內存會被分紅若干個segmentation（段）。

這樣咱們就能夠爲每一個程序聲明ORG 0，可是在聲明以前，咱們須要爲每一個segmentation聲明一些信息：

段（segment）的大小

段在內存中的開始位置

段的管理屬性，好比只讀，系統專用等。

以上內容參考自tetsu的博客，我會在Reference List寫下它的地址。

譯者注 end

Q：什麼是interrupt（中斷）？

A：interrupt是一箇中斷如今CPU任務的信號。它告訴CPU你要接受一個重要的事件。舉個硬件中斷的例子，CPU須要中斷如今的任務去運行中斷捕獲者（interrupt handler => 中斷處理函數）。這個中斷捕獲者（中斷處理函數）是一個特別的功能，它被設計去捕獲（handle => 處理）一些具體的中斷（好比從鍵盤輸入文字）。對中斷來說他們有不少特別的特性，舉個例子，他常被用於去把ring 3轉換成ring 0（they can be used to switch from ring 3 to ring 0），它們在操做系統中可能被用於作一個系統呼叫。

譯者注 start

這個是程序的運行級別, ring 0級是最高級別, 一般是系統內核運行的, 而ring 3是最低級別, 一般就是咱們的應用程序運行的級別.

擴展閱讀：

Wikipedia => 用戶態 => http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%94%A8%E6%88%B7%E6%80%81

Wikipedia => Ring (computer security) => http://en.wikipedia.org/wiki/Ring_(computer_security)

筆者會在深刻學習後，把上面這篇文章翻譯了。

感謝@Nemesis_E comrade抓錯，你好用心啊。

譯者注 end

Q：什麼是PIC（Programmable Interrupt Controller）？

A：PIC是能夠編程的interrupt（中斷）控制器，它是一個能夠在CPU發生中斷時捕獲硬件中斷請求和信號的裝置。當它發生時，PIC和CPU會交流發生的那個請求，並且CPU會中斷如今的任務而且爲那個請求執行interrupt handler。

Q：什麼是PIT？

A：PIT（Programmable Interrupt Timer）可編程中斷計時器，是一個可編程（你能夠改變它的速度）硬件計時器，當它消失的時候（IRQ 0）它會快速的發送（fires off => to quickly send a message or give instructions）一箇中斷。它主要被用於任務調度。

Q：我應該按照什麼順序去開發個人操做系統？

A：事實上你能夠從任何地方開始，可是你能夠最後被各類bug終結。我建議你能夠先寫一個bootsector，而後再寫一個基礎的內核，最後再一點點的完善這個內核。

Q：在啓動時都須要什麼基礎步驟才能引導進PMode（Protected Mode => 保護模式）？

A：

禁用全部中斷，這樣就沒有事情能困擾你了。

設置GDT

使A20可用

設置CR0的第一位爲1

從GDT中爲段寄存器加載正確的值

從作一個for jump那裏爲CS和EIP加載正確的值

你如今已經在PMode（Protected Mode）了

有一篇Chris Giese寫的叫作Protected Mode的文章覆蓋了更多的細節