操作系统真象还原——1&2.初见MBR

第1章部署工作环境CPU所能理解的指令格式是其在硬件上已经规定的，原则上只要按照IA-32 指令格式往二进制文件中写指令，就能够直接同CPU 对话了虚拟机只是一个普通的进程，该进程模拟了硬件资源，在虚拟机中运行的程序其所做出的任何行为都先被虚拟机检查，由虚拟机分析后，代为向操作系统申请。实验环境：virualBox + Ubuntu21.04（前提安装gcc、gdb、make、libgtk2.0

逆羽飘扬

1167人浏览 · 2022-01-20 15:33:30

逆羽飘扬 · 2022-01-20 15:33:30 发布

第1章部署工作环境

CPU所能理解的指令格式是其在硬件上已经规定的，原则上只要按照IA-32 指令格式往二进制文件中写指令，就能够直接同CPU 对话了
虚拟机只是一个普通的进程，该进程模拟了硬件资源，在虚拟机中运行的程序其所做出的任何行为都先被虚拟机检查，由虚拟机分析后，代为向操作系统申请。
实验环境：virualBox + Ubuntu21.04（前提安装gcc、gdb、make、libgtk2.0-dev、xorg-dev、g++、build-essential） + bochs
- 推荐文章：
  [1]https://blog.csdn.net/weixin_30751947/article/details/94875872?spm=1001.2101.3001.6650.1&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7Edefault-1.pc_relevant_paycolumn_v2&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7Edefault-1.pc_relevant_paycolumn_v2&utm_relevant_index=2
  [2]https://blog.csdn.net/aurorayqz/article/details/80310954
- 真相还原中的配置自己的bochs安装路径要注意，不要写错了
- 使用keyboard: keymap=BOCHSPATH/share/bochs/kemaps/x11-pc-us.map，可能版本问题，如果未报此行错误可以不用管
- 报错dLopen failed for module ‘x’ (libbx_ x.so): file not found(https://blog.csdn.net/weixin_30363981/article/details/97344363)
安装bochs其中最后一个命令是x11不是xll，\是换行符不用写在命令行

第2章编写MBR主引导记录

程序载入内存
- 程序被加载器加载到内存的某个区域
- CPU的cs : ip 寄存器被指向这个程序的起始地址
实模式下的内存布局
基本输入输出系统BIOS建立的中断向量表可以使用“int中断号”来实现相关的硬件调用
地址映射：CPU提交要访问的地址给MMU(内存管理单元)，MMU将虚拟地址转化为物理地址去访问ROM、显存或内存（32位系统指的地址总线是32位，这32位的地址不完全是用来访问内存的）
计算机从加电启动到运行
- 在计算机POST加电的一瞬间，计算机主板和其他设备供电，BIOS的控制芯片组会向CPU发出并保持一个RESET（重置）信号，重置CPU内部状态，直到芯片组检测到电源已经开始稳定供电后，便撤去RESET信号
- CPU 的cs : ip 寄存器被强制初始化为0xF00 : 0xFFF0 。由于开机的时候处于实模式，段基址要左移4 位，于是0xF00 : 0xFFF0 转换地址为BIOS 的入口地址0xFFFF0 （Shadow技术：由于ROM的执行速度远比RAM要低，所以加电后在ROM中的BIOS会被装载到Shadow RAM中的指定区域里。由于Shadow RAM的物理编址与对应的ROM相同，所以当需要访问BIOS时，只需访问Shadow RAM而不必再访问ROM，这就能大大加快计算机系统的运算时间）
- CPU到地址0xFFFF0处取出跳转指令jmp far f000:e05b，即再跳向0xfe05b处执行BIOS代码，检测外设并进行初始化，完成后在内存中0x000 ～0x3FF 处建立中断向量表并填写中断例程
- BIOS最后会校验启动盘的0 盘0 道1 扇区（CHS 方式中扇区的编号是从1 开始的，LBA从0开始的），如果此扇区末尾的两个字节分别是魔数0x55 和0xaa， BIOS 便认为此扇区中确实存在可执行的主引导记录MBR ，便加载到物理地址0x7c00 ，随后跳转到此地址继续执行，此时，CPU控制权由BIOS交给MBR。这里有个小细节， BIOS 跳转到0x7c00 是用jmp 0: 0x7c00实现的，这是jmp 指令的直接绝对远转移用法，段寄存器cs 会被替换，这里的段基址由之前的0xf00 变成了0
0x7c00的由来

512字节大小的MBR 被BIOS加载到0x7C00到0x7DFF 处，MBR 是一段程序，程序的运行需要栈的支持，栈也是在内存中的，大约1KB。结合以上三点，选择32KB 中的最后1KB 最为合适，那此地址是多少呢？ 32KB 换算为十六进制为0x8000，减去1kb（0x400）的话，即为0x7c00
.bin文件是纯二进制文件，不含伪指令
当显示器工作在80*25的文本模式（80行25列共2000字符），一个字符用两个字节表示，低位字节是字符的ASCII码，高位字节是字符属性，所以显示一屏字符需要4KB

; 主引导程序MBR
; SECTION是伪指令，cpu不运行，只是方便程序员规划程序分段使用
; `vstart=0x7c00`表示在程序编译时将起始地址编译为0x7c00
; SS存放栈顶的段地址，SP存放栈顶的偏移地址。在任何时刻 ，SS:SP都是指向栈顶元素 
; CS存放内存中代码段入口的段基址，CS:IP表示下一条要运行的指令内存地址   
    
; 初始化部分
SECTION MBR vstart=0x7c00 ; =前后不能有空格
	mov ax,cs			; 由于BIOS是通过`jmp 0:Ox7c00`转到MBR的，故cs此时为0
    mov ds,ax			; 段寄存器不能使用立即数进行赋值，可以使用通用寄存器ax
    mov es,ax
    mov ss,ax
    mov fs,ax
	mov sp,0x7c00
        
; 使用10号中断的0x06功能号，进行窗口上卷清屏，避免BIOS检测信息影响显示
	mov ax,0x600		; ah存放将要调用的中断子功能号
    mov bx,0x700
    mov cx,0			; (CL,CH)＝窗口左上角的（X,Y）位置
    mov dx,0x184f		; (DL,DH)＝窗口右下角的（X,Y）位置(80,25)
    int 0x10			; 调用中断
  
; 使用10号中断的0x03功能号，获取光标位置 
	mov ah,3			; 将中断子功能号存入ah寄存器等待被调用
    mov bh,0			; 存放待获取光标的页号
    int 0x10			
 ; 调用中断后，ch＝光标开始行，cl＝光标结束行，dh＝光标所在行号，dl＝光标所在列号
 
 ; 打印字符串
	mov ax,message		
    mov bp,ax			; es:bp为串首地址
    mov cx,5			; cx存放串长度，不包括结束符0的字符个数
    mov ax,0x1301		; ah表示调用13号子功能，al表示写字符方式01（光标跟随显示）
    mov bx,0x2			; bh存储要显示的页号，bl是字符属性（02h表示黑底绿字）
    int 0x10

; $表示本行指令所在的地址，$$表示本section的起始地址，$-$$表示执行代码行到段首的偏移量
	jmp $					; 在本行代码死循环
    message db "ws MBR"
    times 510-($-$$) db 0	; 将剩余字节用0进行填充
    db 0x55,0xaa			; 最后两个字节填充MBR的标识

安装nasm命令sudo apt-get install nasm
dd命令是linux自带的，不需要安装
将mbr汇编文件放到bochs文件夹下的运行脚本

#!/bin/bash
rm -rf ./hd.img
bin/bximage -hd -mode=“flat” -size=60 -q hd.img
echo “disk creat success!!”
nasm mbr.s -o mbr.bin
dd if=mbr.bin of=hd.img bs=512 count=1 conv=notrunc
echo “disk write success!!”
bin/bochs -f bochsrc