1.1 引言

什么是操作系統呢？

有些讀者可能會像曾經的筆者一樣，認為操作系統是"一種圖形界面"；在學習了Linux操作系統后，認為操作系統也可以是"一種命令行"。而不同種類，不同版本的操作系統，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？s鍵也是一樣
• 計算機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：學過C語言的讀者都知道，用C語言的printf函數，不就行了嗎？

那么，printf函數又是怎么實現的呢？

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。

上述所有問題的答案，都可以用一句比較籠統的話來回答：由操作系統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。

歡迎來到操作系統的實現之旅！

1.2 準備工作

想要實現一個操作系統，需要進行一些準備工作。

首先是一臺安裝有Linux操作系統的物理機或虛擬機，且帶有GCC編譯器。

然后，需要下載并安裝匯編編譯器nasm，其官網為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，其官網為https://bochs.sourceforge.io/。bochs擁有強大的硬件模擬及調試功能，其用于運行我們的操作系統。

bochs的安裝比較復雜，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程序是用于運行的版本，此外，還會得到一個名為bximage的程序，其用于創建虛擬硬盤。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應不同，否則就覆蓋了），這一次，得到的是bochs的調試器版本，當操作系統出現問題時，就依靠它了。由于這兩個版本的bochs名字一樣，所以，讀者應將第二個bochs更名，筆者使用的名稱是bochsdbg。

然后，需要構建虛擬硬盤。運行bximage命令，然后輸入1，回車；接下來一直回車，直至命令結束。此時，當前目錄下出現了名為c.img的文件，其大小接近10M，這個文件就是創建好的虛擬硬盤了。

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

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行設定的是虛擬硬盤信息；第5行設定的是內存容量，單位是M；其他配置無需關注。

第二個配置文件需要放在~/.bochsdbgrc處，其內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起來：

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

至此，所有的準備工作就都完成了。

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

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

總結

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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