本节书摘来自异步社区《操作系统真象还原》一书中的第2章，第2.3节，作者：郑钢著，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看
2.3 让MBR先飞一会儿
虽说主引导记录mbr是咱们能够掌控的第一个程序，但这并不是让我们为之激动的理由。我们平时所写的程序都要依赖于操作系统，而我们即将实现的这个程序是独立于操作系统的，能够直接在裸机上运行，这才是让我们激动的理由，对咱们来说这无疑是历史性的一刻。还记得当初我的MBR跑起来时，那可真是发自内心的高兴呀。
好了，不再抒情了，说正事要紧。MBR的大小必须是512字节，这是为了保证0x55和0xaa这两个魔数恰好出现在该扇区的最后两个字节处，即第510字节处和第511字节处，这是按起始偏移为0算起的。由于我们的bochs模拟的是x86平台，所以是小端字节序，故其最后两个字节内容是0xaa55，写到一起后似乎有点不认识了，不要怕，拆开就是0x55和0xaa。
**2.3.1 神奇好用的$和
$$ ，令人迷惑的section** $和 $$
是编译器NASM预留的关键字，用来表示当前行和本section的地址，起到了标号的作用，它是NASM提供的，并不是CPU原生支持的，相当于伪指令一样，对CPU来说是假的。
指令本来没有真伪之别，就像酒一样，因为有了假酒，所以才有了真酒之说。伪指令是相对于CPU可识别的指令来说的，它（伪指令）只是编译器定义的，CPU中并不存在这个指令，愣让CPU执行这些伪指令，CPU会抛出“UD（未定义的操作码）”异常。伪指令是编译器为了开发人员写代码方便而提供的一些符号，这些符号在编译时，会由编译器转换成CPU可识别的东西，如指令或地址等。
汇编语言中的标号是程序员“显式地”写在明处的，如：
……
code_start：
mov ax， 0
……
code_start这个标号被nasm认为是一个地址，此地址便是“mov ax，0”这条指令所在的地址，即其指令机器码存放的内存位置是code_start。code_start只是个标记，CPU并不认识，和伪指令类似，它是假的，CPU不认。所以nasm会用为其安排的地址来替换标号code_start，到了CPU手中，已经被替换为有意义的数字形式的地址了。
$属于“隐式地”藏在本行代码前的标号，也就是编译器给当前行安排的地址，看不到却又无处不在，$在每行都有。或者这种说法并不是很正确，只有“显示地”用了$的地方，nasm编译器才会将此行的地址公布出来。如果上面的例子改为：
……
code_start：
jmp $
……
这就和jmp code_start是等效的。$和code_start是同一个值。
$$ 指代本section的起始地址，此地址同样是编译器给安排的。 对于$和 $$
的意义，我强调过了，是编译器给安排的地址，默认情况下，它们的值是相对于本文件开头的偏移量。至于实际安排的是多少，还要看程序员同学是否在section中添加了vstart。这个关键字可以影响编译器安排地址的行为，如果该section用了vstart=xxxx修饰，
$$ 的值则是此section的虚拟起始地址xxxx。$的值是以xxxx为起始地址的顺延。如果用了vstart关键字，想获得本section在文件中的真实偏移量（真实地址）该怎么做？nasm编译器提供了这个方法。 section.节名.start。 如果没有定义section，nasm默认全部代码同为一个section，起始地址为0。 稍带说一下section。很多东西从名字上就能理解它的功能，毕竟名字不是乱起的。section也称为节、段，故名思义，是程序中的一小块，形象一点地说，就是用section这个关键字在程序中圈出一块地，并向编译器宣称，这块地我要做些规划，至于我用来干什么您就不用操心了，编译时请您合理安排。 为什么说合理安排呢，因为section是伪指令，是nasm提供的，具体解释权还是人家nasm说了算。比如以下代码：
section data
var dd 0
section code
jmp start
… ...
编译器一看这两个section，data中定义的是变量，code中是代码，于是把这两个section的内容分别归入最终的数据段和代码段。
有时候nasm并不会完全听您的，如改为下面的例子：
section data_a
var dd 0
section code
jmp start
section data_b
var dd 1
……
虽然人为定义了三个section，但nasm发现data_a和data_b这两个section完全能够合并到一起，于是在编译阶段会被“合理”地安排到一起。
在第0章中有说明section和segment的区别。section是伪指令，CPU运行程序是不需要这个东西的，这个只是用来给程序员规划程序用的，有了section，就可以将自己的代码分成一段一段的，当然这只是在逻辑上的段，实际上编译出来的程序还是完整的一体。逻辑上划分成段的好处是方便开发人员梳理代码，方便管理。想像一下，把一大片农田按亩来划分成一个个的小段，一眼望去，是不是显得井然有序呢？单是简短的几行汇编代码是无法体现出这一优势的，就像如果农田本来就不大，还要划分成多个段，那自然是得不偿失的。当代码量上去的时候，会发现如果不在逻辑上将其拆分成几块，对一锅粥似的代码进行维护，代价还是很大的，可能一会儿脑子也像一锅粥了呢。
划分成section后，编译器便根据您的意图，将这些section中的内容安排位置，它被安排到哪里咱们是不需要关心的，咱们也不必管，因为程序内部的关联是通过地址实现的。想想看，无非是section被安排到A位置，其他用到此section中内容的相关指令，其操作数为A地址，若section被安排到B位置，操作数便是B地址，这些都是编译器安排的，它会帮您圆上的。
关于section地址更详细的说明，大家可以参照第3章，这里只是抛砖引玉。
总之，section是给开发人员逻辑上规划代码用的，只起到思路清晰的作用，最终还是在编译阶段由nasm在物理上的规划说了算。
2.3.2 NASM简单用法
在咱们的实际工程中只用到了nasm的一些简单功能，所以不必担心连操作系统的一句代码都没写呢，却先要为学习其他的东西而付出额外的精力。
nasm -f <format><filename> [-o <output>]
以上是nasm的基本用法，对咱们来说，够用了。注意我说的是“基本”，还有好多其他参数呢，不过咱们用不着。甚至，大多数时候连-f都不用呢。
-o 就是指定输出可执行文件的名称。
查看一下nasm的帮助，ok，执行man nasm回车，输出的信息太多了，我们只看-f的说明就行了。
-f format
Specifies the output file format.
To see a list of valid output formats， use the -hf option.
瞧，人家说啦，-f是用来指定输出文件的格式。要想知道有多少种有效的输出格式，用-hf选项。那咱们还是用nasm –hf来查看一下吧，见表2-2。
一共列出了21个，不过大部分格式和咱们关系不大，咱们只关注bin和elf格式就好啦。
既然bin是默认输出格式，也就是不用-f bin来明确指定了，所以以后咱们只在输出elf格式时才用-f指定。
bin是指纯二进制。二进制就二进制吧，还有不纯的？就像前面的拿酒举例一样，本来没有真酒之说，由于有了假酒的出现，才有了真的说法。纯二进制就是不掺杂其他的东西，直接给CPU后就能用，也就是可执行文件中什么样，内存中就什么样。我们平时所说的elf或pe格式的二进制可执行文件，那里面有好多和指令无关的东西，里面掺杂了程序的内存布局、位置等信息，这是给操作系统中的程序加载器用的，是属于操作系统规划的范畴了。
2.3.3 请下一位选手MBR同学做准备
有点不好意思了，说了好久，才说到实质性的东西，好了，赶紧说正题。
代码2-1 （c2/a/boot/mbr.S）
1 ;主引导程序
2 ;------------------------------------------------------------
3 SECTION MBR vstart=0x7c00
4 mov ax,cs
5 mov ds,ax
6 mov es,ax
7 mov ss,ax
8 mov fs,ax
9 mov sp,0x7c00
10
11 ; 清屏利用0x06号功能,上卷全部行,则可清屏｡
12 ; -----------------------------------------------------------
13 ;INT 0x10 功能号:0x06 功能描述:上卷窗口
14 ;------------------------------------------------------
15 ;输入:
16 ;AH 功能号= 0x06
17 ;AL = 上卷的行数(如果为0,表示全部)
18 ;BH = 上卷行属性
19 ;(CL,CH) = 窗口左上角的(X,Y)位置
20 ;(DL,DH) = 窗口右下角的(X,Y)位置
21 ;无返回值:
22 mov ax, 0x600
23 mov bx, 0x700
24 mov cx, 0 ; 左上角: (0, 0)
25 mov dx, 0x184f ; 右下角: (80,25),
26 ; VGA文本模式中,一行只能容纳80个字符,共25行｡
27 ; 下标从0开始,所以0x18=24,0x4f=79
28 int 0x10 ; int 0x10
29
30 ;;;;;;;;; 下面这三行代码获取光标位置 ;;;;;;;;;
31 ;.get_cursor获取当前光标位置,在光标位置处打印字符｡
32 mov ah, 3 ; 输入: 3号子功能是获取光标位置,需要存入ah寄存器
33 mov bh, 0 ; bh寄存器存储的是待获取光标的页号
34
35 int 0x10 ; 输出: ch=光标开始行,cl=光标结束行
36 ; dh=光标所在行号,dl=光标所在列号
37
38 ;;;;;;;;; 获取光标位置结束 ;;;;;;;;;;;;;;;;
39
40 ;;;;;;;;; 打印字符串 ;;;;;;;;;;;
41 ;还是用10h中断,不过这次调用13号子功能打印字符串
42 mov ax, message
43 mov bp, ax ; es:bp 为串首地址,es此时同cs一致,
44 ; 开头时已经为sreg初始化
45
46 ; 光标位置要用到dx寄存器中内容,cx中的光标位置可忽略
47 mov cx, 5 ; cx 为串长度,不包括结束符0的字符个数
48 mov ax, 0x1301 ;子功能号13显示字符及属性,要存入ah寄存器,
49 ; al设置写字符方式 ah=01: 显示字符串,光标跟随移动
50 mov bx, 0x2 ; bh存储要显示的页号,此处是第0页,
51 ; bl中是字符属性,属性黑底绿字(bl = 02h)
52 int 0x10 ; 执行BIOS 0x10 号中断
53 ;;;;;;;;; 打字字符串结束 ;;;;;;;;;;;;;;;
54
55 jmp $ ; 使程序悬停在此
56
57 message db "1 MBR"
58 times 510-($-
$$
) db 0
59 db 0x55,0xaa
简短说一下代码功能，在屏幕上打印字符串“1 MBR”，背景色为黑色，前景色为绿色。
由于还没有给大家讲解显卡的使用方法，故本段代码中关于“打印显示”的操作都利用BIOS给我们建立好的例程就好了，这里第0x10号中断便是负责有关打印的例程。
0x10中断是最为强大的BIOS中断了，调用的方法是把功能号送入ah寄存器，其他参数按照BIOS中断手册的要求放在适当的寄存器中，随后执行int 0x10即可。我们不用太细致琢磨BIOS功能调用了，大家可以参数代码中的注释了解下即可，毕竟咱们这里用BIOS中断只是临时的，以后也用不到了。
第3行的“vstart=0x7c00”表示本程序在编译时，告诉编译器，把我的起始地址编译为0x7c00。
第4～8行是用cs寄存器的值去初始化其他寄存器。由于BIOS是通过jmp 0：0x7c00跳转到MBR的，故cs此时为0。对于ds、es、fs、gs这类sreg，CPU中不能直接给它们赋值，没有从立即数到段寄存器的电路实现，只有通过其他寄存器来中转，这里我们用的是通用寄存器ax来中转。例如mov ds：0x7c00，这样就错了。
第9行是初始化栈指针，在CPU上运行的程序得遵从CPU的规则，mbr也是程序，是程序就要用到栈。目前0x7c00以下暂时是安全的区域，就把它当作栈来用。
第11～28行是清屏。因为在BIOS工作中，会有一些输出，如检测硬件的结果信息。为了让大家看清楚我们在MBR中的输出字符串，故先把BIOS的输出清掉，这里演示的是BIOS中断int 0x10的用法。
第30～35行是做打印前的工作，先获取光标位置，目的是避免打印字符混乱，覆盖别人的输出。其实这是防君子不防小人的做法，万一别人不在光标处打印，自己打印的内容同样也会被别人覆盖。不管别人了，咱们做好自己的就行，老老实实地只在光标处打印。不知道这是否能提醒大家，字符打印的位置，不一定要在光标处，字符的位置只和显存中的地址有关，和光标是没关系的，这只是人为地加个约束，毕竟光标在视觉上告诉了我们当前字符写到哪里了，完全是为了好看，不要以为光标就是新打印字符的位置。更多细节，以后讲显卡时会提到。
这里还用到了页的概念，您看第33行，往bh寄存器中写入了0，这是告诉BIOS例程，我要获取第0页当前的光标。什么是页呢？
显示器有很多种模式，如图形模式、文本模式等，在文本模式中，又可以工作于8025和4025等显示方式，默认情况下，所有个人计算机上的显卡在加电后都将自己置为8025这种显示方式。8025是指一屏可以显示25行、每行80列的字符，也就是2000个字符。但由于一个字符要用两字节来表示，低字符是字符的ASCII编码，高字节是字符属性，故显示一屏字符需要用4000字节（实际上，分配给一屏的容量是4KB），这一屏就称为一页，0页是默认页。
第38～52行是往光标处打印字符。说一下第48行的mov ax，0x1301，13对应的是ah寄存器，这是调用0x13号子功能。01对应的是al寄存器，表示的是写字符方式，其低2位才有意义，各位功能描述如下。
（1）al=0，显示字符串，并且光标返回起始位置。
（2）al=1，显示字符串，并且光标跟随到新位置。
（3）al=2，显示字符串及其属性，并且光标返回起始位置。
（4）al=3，显示字符串及其属性，光标跟随到新位置。
第55行执行了个死循环，$是本行指令的地址，这属于伪指令，是汇编器在编译期间分配的地址。在最终编译出来的程序中，$会被替换为指令实际所在行的地址。jmp是个近跳转，$是jmp自己的地址，于是跳到自己所在的地址再执行自己，又是跳到自己所在的地址再继续执行跳转，这样便实现了死循环。可见CPU可乖了，它只会埋头做事，并不会觉得有什么不妥，靠谱，值得依赖。
第57行是定义打印的字符串。
第58行的
$$ 是指本section的起始地址，上面说过了$是本行所在的地址，故$- $$
是本行到本section的偏移量。由于MBR的最后两个字节是固定的内容，分别是0x55和0xaa，要预留出这2个字节，故本扇区内前512-2=510字节要填满，那到底要用多少字节才能填满此扇区呢。用510字节减去上面通过$-
$$ 得到的偏移量，其结果便是本扇区内的剩余量，也就是要填充的字节数。由此可见第50行的“times 510-（$- $$
） db 0”是在用0将本扇区剩余空间填充。
代码说完了，可还有两件大事要做，1是编译，2是如何将编译后的文件存储到0盘0道1扇区中成为MBR，以供BIOS大神加载之用。
前面介绍了nasm的用法，咱们马上来编译汇编代码。
nasm -o mbr.bin mbr.S回车，您看，这样就编译成功了，我连-f都没有指定吧。按理说此文件大小是512字节，咱们用ls命令验证一下：ls -lb mbr.bin回车，以下是ls的输出。
-rw-rw-r--. 1 work work 512 7月 26 21:10 mbr.bin
用过Linux的同学对这个输出还是很熟悉的，若头一次用Linux的同学也不要慌张，这里面好多的信息并不重要，只要看看中间部分就好了，512，果然是512字节，这下心里踏实了，下一步是考虑如何将此文件写入0盘0道1扇区。
这里再给大家介绍另一个Linux命令：dd。dd是用于磁盘操作的命令，功能太强大了，有如穿甲弹一样，可以深入磁盘的任何一个扇区，无坚不摧。所以，它也可以删除Linux操作系统自己的文件，是把双刃剑。
还是先看帮助文件，man dd回车，为了节约大家的时间，我只把咱们今后用到的几个选项摘了出来，还是那句话，够用就行了，需要时再学。
if=FILE
read from FILE instead of stdin
此项是指定要读取的文件。
of=FILE
write to FILE instead of stdout
此项是指定把数据输出到哪个文件。
bs=BYTES
read and write BYTES bytes at a time (also see ibs=,obs=)
此项指定块的大小，dd是以块为单位来进行IO操作的，得告诉人家块是多大字节。此项是统计配置了输入块大小ibs和输出块大小obs。这两个可以单独配置。
count=BLOCKS
copy only BLOCKS input blocks
此项是指定拷贝的块数。
seek=BLOCKS
skip BLOCKS obs-sized blocks at start of output
此项是指定当我们把块输出到文件时想要跳过多少个块。
conv=CONVS
convert the file as per the comma separated symbol list
此项是指定如何转换文件。
append append mode (makes sense only for output; conv=notrunc suggested)
这句话建议在追加数据时，conv最好用notrunc方式，也就是不打断文件。
齐了，dd的介绍就到这了，赶紧试验一下这个神奇的工具吧。
dd if=/your_path/mbr.bin of=/your_path/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc
各位看官，请将上面命令行中的your_path替换为您自己的实际路径。
输入文件是刚刚编译出来的mbr.bin，输出是我们虚拟出来的硬盘hd60M.img，块大小指定为512字节，只操作1块，即总共1*512=512字节。由于想写入第0块，所以没用seek指定跳过的块数。
执行上面的命令后，会有如下输出。
记录了1+0 的读入
记录了1+0 的写出
512字节（512 B）已复制，0.313312 秒，1.6 KB/秒
这就说明命令执行成功了，mbr.bin已经写进hd60M.img的第0块了。借鉴美国宇航员阿姆斯特朗的一句话：虽然这只是简单的一小步，但却是实现我们自己系统的一大步。记得当初我可是非常激动呢。
启动bochs测试一下，我习惯到bochs安装目录下启动它，bin/bochs –f bochsrc.disk回车，接着会显示如图2-4所示的界面。
默认是[6]，开始模拟啦。回车。
由于咱们编译的是可调试的版本，所以会停下来，bochs等待咱们键入下一步的命令，如图2-5所示。
大家看到，这一下弹出了两个界面，前面的那个是bochs所模拟的机器，可以认为它就是台电脑了，不仅仅是电脑的显示器。后面的界面是bochs的控制台，咱们控制bochs运行就要在这里输入命令。现在激活后面的bochs控制台，输入字符c后，回车。bochs所模拟的机器就开始运行了。这里键入的c是continue，调试方法同gdb类似，详细的bochs操作方法咱们会在下一章中介绍。
MBR运行起来后，就会出现下面的效果，如图2-6所示。
