一 部署工作环境

开发环境：Ubuntu 20.04 LTS

首先是需要安装的东西：

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sudo apt install build-essential
sudo apt-get install libghc-x11-dev
sudo apt-get install xorg-dev

下载Bochs https://udomain.dl.sourceforge.net/project/bochs/bochs/2.6.8/bochs-2.6.8.tar.gz

下载完毕之后将其移动至虚拟机中想要的位置，然后解压，命令：tar -zxvf bochs-2.6.8.tar.gz

为即将要安装的bochs创建一个空目录

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mkdir bochs

进入解压后的bochs-2.6.8文件夹 cd bochs-2.6.8

配置bochs的config文件（–prefix这后面填的是你想要安装bochs的目录），编译，安装

./configure –prefix=/home/ubuntu/Desktop/bochs –enable-debugger –enable-disasm –enable-iodebug –enable-x86-debugger –with-x –with-x11 LDFLAGS=’-pthread’

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make

make install

进入安装好bochs的目录 cd .. cd bochs创建bochsrc.disk 命令: touch bochsrc.disk，在其中写下配置信息（修改romimage:、romimage:、 keyboard:后面路径信息的前部分为自己的bochs安装路径）

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megs : 32

romimage: file=/home/ubuntu/Desktop/bochs/share/bochs/BIOS-bochs-latest
vgaromimage: file=/home/ubuntu/Desktop/bochs/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest

boot: disk

log: bochs.out

mouse:enabled=0
keyboard:keymap=/home/ubuntu/Desktop/bochs/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map

ata0:enabled=1,ioaddr1=0x1f0,ioaddr2=0x3f0,irq=14
ata0-master: type=disk, path="hd60M.img", mode=flat,cylinders=121,heads=16,spt=63

#gdbstub:enabled=1,port=1234,text_base=0,data_base=0,bss_base=0

创建启动磁盘

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bin/bximage

然后在输入框依次输入以下，输入一个，按一次回车

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hd
flat 
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hd60M.img

测试代码,以下内容用作测试：

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cd ..
touch mbr.s
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SECTION MBR vstart=0x7c00
	mov ax,0x0000	;设置栈指应该是程序一开始就应该做的事情,这个值是参照1m内存空间布局图选择的，以后会刻意避开
	mov ss,ax
	mov ax,0x7c00
	mov sp,ax	
 
	mov ax,0x0600
	mov bx,0x0700	;BH是设置缺省属性，属性是指背景色，前景色，是否闪烁等，例如07H表示黑底白字，70H表示灰底黑字等等。
	mov cx,0x0000
	mov dx,0x184f	;这个看书p61，同时看其中关于页的知识
	int 0x10
	
	mov ax,0x0300	
	mov bx,0x0000	
	int 0x10
	
	mov ax,0x0000
	mov es,ax
	mov ax,message
	mov bp,ax
	mov ax,0x1301
	mov bx,0x0007	;设置字体属性，02是黑底绿字，07是黑底白字
	mov cx,0x000c
	int 0x10
	
	jmp $
	message db "Hello World!"
	times 510-($-$$) db 0
	db 0x55,0xaa

安装编译器nasm 命令: 

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sudo apt install nasm

编译

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nasm -o test mbr.s

写入虚拟机启动磁盘 

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dd if=/home/ubuntu/Desktop/test of=/home/ubuntu/Desktop/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc

启动虚拟机查看效果（在bochs目录下）

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cd bochs

bin/bochs -f bochsrc.disk

启动之后，输入c即可看见Hello world!

二 编写 MBR 主引导记录，让我们开始掌权

2.1 计算机的启动过程

任何程序执行必须先载入内存，所谓的载入内存，大概上分为两个部分。

（1）程序被加载器（软件或硬件）加载到内存某个区域。

（2）CPU 的 cs：ip 寄存器被指向这个程序的起始地址

从按下主机上的 power 键后，第一个运行的软件是 BIOS。

2.2 软件接力第一棒，BIOS

BIOS 全称叫 Base Input & Output System，即基本输入输出系统。

2.2.1 实模式下的 1MB 内存布局

这里我们举例Intel 8086在实模式下的内存布局

先从低地址看，地址 0～0x9FFFF 处是 DRAM（Dynamic Random Access Memory），即动态随机访问 内存，我们所装的物理内存就是 DRAM。

看顶部的 0xF0000～0xFFFFF，这 64KB 的内 存是 ROM。这里面存的就是 BIOS 的代码。BIOS 的主要工作是检测、初始化硬件，怎么初始化的？硬件自己提 供了一些初始化的功能调用，BIOS 直接调用就好了。BIOS 还做了一件伟大的事情，建立了中断向量表，这样 就可以通过“int 中断号”来实现相关的硬件调用，当然 BIOS 建立的这些功能就是对硬件的 IO 操作，也就是输 入输出，但由于就 64KB 大小的空间，不可能把所有硬件的 IO 操作实现得面面俱到，而且也没必要实现那么多， 毕竟是在实模式之下，对硬件支持得再丰富也白搭，精彩的世界是在进入保护模式以后才开始，所以挑一些重要 的、保证计算机能运行的那些硬件的基本 IO 操作，就行了。这就是 BIOS 称为基本输入输出系统的原因。

在CPU眼里，插在主板上的物理内存并不是它眼里的“全部的内存”，归根结底的原因是这样的：在计算机中，并不是只有咱们插在主板上的内存条需要通过地址总线访问， 还有一些外设同样是需要通过地址总线来访问的，这类设备还很多呢。若把全部的地址总线都指向物理内 存，那其他设备该如何访问呢？由于这个原因，只好在地址总线上提前预留出来一些地址空间给这些外设 用，这片连续的地址给显存，这片连续的地址给硬盘控制器等。留够了以后，地址总线上其余的可用地址 再指向 DRAM，也就是指插在主板上的内存条、我们眼中的物理内存。

2.2.2 BIOS 是如何苏醒的

BIOS 本身是个程序，程序要执行，就要有个入口地址才行，此入口地址便是 0xFFFF0。在开机的一瞬间，也就是接电的一瞬间，CPU 的 cs：ip 寄存器被强制初始化为 0xF000：0xFFF0。由于 开机的时候处于实模式，再重复一遍加深印象，在实模式下的段基址要乘以16，也就是左移4位，于是0xF000： 0xFFF0 的等效地址将是 0xFFFF0。上面说过了，此地址便是 BIOS 的入口地址。但是此处并不是真正的代码，因为由于实模式下的寄存器宽度是 16 位，0xFFFF0+16 已经超过了其最大值 0xFFFFF。溢出的部分就会回卷到 0，又会重新开始，即 0xFFFF0+16 等于 0，0xFFFF0+17 等于 1。所以此处的代码为跳转代码。真正的代码储存在跳转代码的所跳转的位置，接下来 BIOS 便马不停蹄地检测内存、显卡等外设信息，当检测通过，并初始化好硬件后，开始在内 存中 0x000～0x3FF 处建立数据结构，中断向量表 IVT 并填写中断例程。

2.2.3 为什么是 0x7c00

计算机执行到这份上，BIOS 也即将完成自己的历史使命了，BIOS 最后一项工作校验启动盘中位于 0 盘 0 道 1 扇区的内容。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 行的程序（在此先剧透一下，此程序便是久闻大名的主引导记录 MBR），便加载到物理地址 0x7c00，随 后跳转到此地址，继续执行。至于为什么是 0x7c00，8086CPU 要求物理地址 0x0～0x3FF 存放中断向量表，所以此处不能动了，再选新的地方看看。 按 DOS 1.0 要求的最小内存 32KB 来说，MBR 希望给人家尽可能多的预留空间，这样也是保全自己 的作法，免得过早被覆盖。所以 MBR 只能放在 32KB 的末尾。 MBR 本身也是程序，是程序就要用到栈，栈也是在内存中的，MBR 虽然本身只有 512 字节，但还要为其 所用的栈分配点空间，所以其实际所用的内存空间要大于 512 字节，估计 1KB 内存够用了。 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，等于 0x7c00。这就是倍受质疑的 0x7c00 的由来，这下清楚了。 可见，加载 MBR 的位置取决于操作系统本身所占内存大小和内存布局。

2.3 让 MBR 先飞一会儿

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

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                                ;主引导程序 
                                ;------------------------------------------------------------
SECTION MBR vstart=0x7c00         
    mov ax,cs                   ;此时cs寄存器为0，自然可以用来将ax寄存器置0
    mov ds,ax
    mov es,ax
    mov ss,ax
    mov fs,ax
    mov sp,0x7c00

                                ; 清屏 利用0x06号功能，上卷全部行，则可清屏。
                                ; -----------------------------------------------------------
                                ;INT 0x10   功能号:0x06	   功能描述:上卷窗口
                                ;------------------------------------------------------
                                ;输入：
                                ;AH 功能号= 0x06
                                ;AL = 上卷的行数(如果为0,表示全部)
                                ;BH = 上卷行属性
                                ;(CL,CH) = 窗口左上角的(X,Y)位置
                                ;(DL,DH) = 窗口右下角的(X,Y)位置
                                ;无返回值：
    mov ax, 0x600               ;ah中输入功能号
    mov bx, 0x700               ;设置上卷行属性，0x70表示用黑底白字的属性填充空白行
    mov cx, 0                   ;左上角: (0, 0)
    mov dx, 0x184f	            ;右下角: (80,25),
			                    ;VGA文本模式中,一行只能容纳80个字符,共25行。
			                    ;下标从0开始,所以0x18=24,0x4f=79
    int 0x10                    ;int 0x10

                                ;;;;;;;;;    下面这三行代码是获取光标位置    ;;;;;;;;;
    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
    mov bh, 0		            ;bh寄存器存储的是待获取光标的页号

    int 0x10		            ;输出: 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

                                ;;;;;;;;;    获取光标位置结束    ;;;;;;;;;;;;;;;;

                                ;;;;;;;;;     打印字符串    ;;;;;;;;;;;
                                ;还是用10h中断,不过这次是调用13号子功能打印字符串
    mov ax, message 
    mov bp, ax		            ; es:bp 为串首地址, es此时同cs一致，
			                    ; 开头时已经为sreg初始化

                                ; 光标位置要用到dx寄存器中内容,cx中的光标位置可忽略
    mov cx, 5		            ; cx 为串长度,不包括结束符0的字符个数
    mov ax, 0x1301	            ; 子功能号13是显示字符及属性,要存入ah寄存器,
			                    ; al设置写字符方式 ah=01: 显示字符串,光标跟随移动
    mov bx, 0x2		            ; bh存储要显示的页号,此处是第0页,
			                    ; bl中是字符属性, 属性黑底绿字(bl = 02h,07是黑底白字)
    int 0x10		            ; 执行BIOS 0x10 号中断
                                ;;;;;;;;;      打字字符串结束	 ;;;;;;;;;;;;;;;

    jmp $		                ; 使程序悬停在此

    message db "1 MBR"
    times 510-($-$$) db 0
    db 0x55,0xaa


注：使用dd命令时需要重新创建硬盘

创建启动磁盘

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bin/bximage

然后在输入框依次输入以下，输入一个，按一次回车

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hd
flat 
60
hd60M.img
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nasm -o mbr mbr.s

然后用dd命令写入bochs的虚拟硬盘，命令:

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dd if=/home/ubuntu/Desktop/test of=/home/ubuntu/Desktop/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc

启动，之后默认为6输入c

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bin/bochs –f bochsrc.disk

可以看到有结果出现

三 完善MBR

3.1 地址，section,vstart浅尝辄止

3.1.1 什么是地址

地址只是数字，描述各种符号在源程序中的位置，它是源代码文件中各符号偏移文件开头的距离。由 于指令和变量所占内存大小不同，故它们相对于文件开头的偏移量参差不齐。源文件就像旅店一样，里面 的符号（指令、变量等）就像旅店里的房间，有单人间、双人间，虽然大小不同，但它们也需要被旅店管 理员编号，也就是每个房间都有房间号，这样房客通过房间号便能找到自己的住所。

3.1.2 什么是section

简单点来说就是方便开发人员理清程序用的，关键字 section 并没有对程序中的地址产生任何影响，即在默 认情况下，有没有 section 都一个样，section 中数据的地址依然是相对于整个文件的顺延，仅仅是在逻辑 上让开发人员梳理程序之用

3.1.3 什么是vstart

vstart 的作用是为 section 内的数据指定 个虚拟的起始地址，也就是根据此地址，在文件中是找不到 相关数据的，是虚拟的，假的，文件中的所有符号都不在这个地址上。vstart 只是告诉编译器以新的数字作为后面数据的地址的起始值，它本身没改变数据本 身在文件中的地址（相对于文件开头的偏移〉