1.实验环境：

1.1 系统环境

• Ubuntu 20.04.2.0 LTS
• vmware虚拟机

1.2 安装编译环境

• 安装汇编编译器

sudo apt-get install nasm

• 安装gcc（该命令会安装包括gcc在内的所有软件）

sudo apt install build-essential

2. HelloOS实现说明

2.1 HelloOS文件构成

• entry.asm

• 供grub调用的引导程序，用于设置CPU工作模式与工作环境，并调用C语言编写的main函数

main.c

• 打印字符串

#include "vgastr.h"
void main() {
  printf("Hello OS!");
  return;
}

vgastr.c / vgastr.h

• 实现在显示屏上输出信息

void _strwrite(char *string) {
  char *p_strdst = (char *)(0xb8000);  //指向显存开始的地址
  while(*string) {
    *p_strdst = *string++;
    p_strdst += 2;  //每两个字节对应一个字符，其中一个字节是字符的ASCII码，另一个字节为字符的的颜色值
  }
  return;
}
void printf(char *fmt, ...) {
  _strwrite(fmt);
  return;
}

hello.lds

• 链接器脚本，用于指导链接过程，设定不同程序段的布局

ENTRY(_start)
OUTPUT_ARCH(i386)
OUTPUT_FORMAT(elf32-i386)
SECTIONS
{
  . = 0x200000;
  __begin_start_text = .;
  .start.text : ALIGN(4) { *(.start.text) }
  __end_start_text = .;
  __begin_text = .;
  .text : ALIGN(4) { *(.text) }
  __end_text = .;
  __begin_data = .;
  .data : ALIGN(4) { *(.data) }
  __end_data = .;
  __begin_rodata = .;
  .rodata : ALIGN(4) { *(.rodata) *(.rodata.*) }
  __end_rodata = .;
  __begin_kstrtab = .;
  .kstrtab : ALIGN(4) { *(.kstrtab) }
  __end_kstrtab = .;
  __begin_bss = .;
       .bss : ALIGN(4) { *(.bss) }
  __end_bss = .;
}

• Makefile

• 编译脚本

2.2 屏幕显示说明

若想使用屏幕显示出字符，则需要使用代码对显卡进行控制。

不论是集显、核显、独显，它们都支持VESA标准，该标准有两种工作模式：字符模式与图形模式。这些显卡为了兼容VESA标准，他们都会提供VGABIOS的固件程序。

2.2.1 显卡的字符模式

在字符模式下，屏幕将会被分为24行，每行80个字符，然后将这24 * 80个字符映射到从0xb8000地址开始的内存中，每两个字节对应一个字符，一个字节对应字符的ASCII码，一个字节对应字符的颜色。

更多关于显卡文本模式下输出字符，可参考下文的chapter 2：点击查看

2.3 部署HelloOS

部署之前，首先了解下HelloOS的引导流程

PC机的BIOS固化在主板上的ROM中，上电后第一条指令就是BIOS固件中的，它负责检测与初始化CPU，内存，主板，之后加载引导设备中的第一个扇区，到0x7c00地址开始的内存空间，然后跳转到0x7c00处执行指令。

本次实验使用的是GRUB引导程序。

2.3.1 准备文件

2.3.1.1 编译HelloOS

• 将生成的HelloOS.bin文件复制到boot文件夹下。（也可将bin文件放置在其他文件夹下，不过一般放在boot中）

• sudo mv HelloOS.bin /boot/

2.3.1.2 修改启动项等待时间

• 修改默认启动项的等待时间，打开grub文件，修改GRUB_TIMEOUT参数，默认为10s

• sudo gedit /etc/default/grub

• 修改之后使用以下命令更新文件设置，该命令会将/boot/grub/grub.cfg文件给初始化，若之前有所修改，则需要再次进行修改
• sudo update-grub

2.3.1.3 虚拟机添加启动项

• 打开grub.cfg文件：sudo gedit /boot/grub/grub.cfg
• 在文件中插入以下代码
• 代码之间使用的是空格，不能是tab键或其他字符（tab键将会导致启动时找不到相关命令）

menuentry 'HelloOS' {
  insmod part_msdos     #GRUB加载分区模块识别分区
  insmod ext2           #GRUB加载ext文件系统模块识别ext文件系统
  set root='hd0,msdos5' #注意boot目录挂载的分区，这是我机器上的情况
  multiboot2 /boot/HelloOS.bin  #GRUB以multiboot2协议加载HelloOS.bin
  boot
}

insmod 与 set root说明

set root=‘***’里面填写的是存放HelloOS.bin的文件夹，在 2.3.1.1 中其实说过，HelloOS.bin文件放在哪里都是可以的，不一定要放在/boot文件夹下。而set root=’'中填写的就是存放HelloOS.bin的文件夹所在的磁盘分区。

查找HelloOS.bin文件所在分区：

重启时长按ESC键，进入grub引导界面

按下c键进入命令交互模式

使用ls命令查看磁盘分区信息

使用ls (hdx,msdosx)/boot/ 命令查找HelloOS.bin文件，然后将包含有bin文件的磁盘写入set root参数

multiboot2说明

该参数是HelloOS.bin文件存放的路径，该参数设置错误的话，启动HelloOS时将会出现“HelloOS.bin not found”错误

boot挂载情况主要分为两种：独立分区单独挂载 与 属于根分区的一部分

使用df -h /boot/ 命令查看boot的挂载情况，也可使用df -h查看所有的挂在

属于根分区的一部分

multiboot2 /boot/HelloOS.bin

独立分区单独挂载

multiboot2 /HelloOS.bin

2.3.1.4 物理机添加启动项

• 参考 2.3.1.3 虚拟机添加启动项 进入grub引导界面，查看磁盘分区信息

• 这里物理机的磁盘分区为gpt方式，修改insmod参数

• insmod part_gpt

• 使用ls (hdx,gptx)/或ls (hdx,gptx)/boot/命令进行查找bin文件（前者为单独分区，后者为属于根分区的一部分）
• 启动代码

menuentry 'HelloOS' {
  insmod part_gpt #GRUB加载分区模块识别分区
  insmod ext2 #GRUB加载ext文件系统模块识别ext文件系统
  set root='hd0,gpt5' #注意boot目录挂载的分区，这是我机器上的情况
  multiboot2 /HelloOS.bin #GRUB以multiboot2协议加载HelloOS.bin
  boot #GRUB启动HelloOS.bin
}

• msdos与gpt这两种分区的区别：点击查看

HelloOS运行结果