📅 发布时间：2026/6/19 18:41:45

最简单的操作系统内核

开发环境

操作系统：ubuntu22 （windows10 + VMware15pro + ubunut22 + qemu）
编译器：gcc-multilib
汇编器：nasm
模拟器: QEMU
版本控制: git

安装依赖

ubuntu22 中：

# 安装必要的工具链
sudo apt update
sudo apt install -y build-essential
sudo apt install -y qemu-system-x86 
sudo apt install -y nasm    # x86架构汇编器
sudo apt install -y gdb
sudo apt install -y git
sudo apt install -y mtools  # 用于制作磁盘镜像# 安装交叉编译器（重要！避免使用宿主系统的libc）
sudo apt install -y gcc-multilib

前置知识

x86 汇编语言：寄存器，实模式 vs 保护模式，中断和异常，CPU 特权级
C 语言编程
硬件基础知识：
- 引导过程：当你按下电源键时，发生了什么事
- BIOS/UEFI：它们做了什么
- 内存映射：硬件设备（如 VGA 显存）在内存中的位置

计算机启动过程

当计算机上电后，位于 SPI Flash ROM 中的 BIOS 程序会被运行，该程序的任务是初始化计算的硬件，并且寻找可引导设备，这个可引导设备就是我们要开发的操作系统。

BIOS 在扇区 0 中找到有效地可引导设备后，就会将 CPU 的控制权转移过去，执行可引导设备程序。

关于 BIOS 程序

BIOS 引导程序物理存储地址是在 SPI Flash ROM ，也就是串行外设接口闪存只读存储器，这个存储器是焊接在主板上，容量一般为 16 MB ~ 32 MB，断电后不丢失数据。
在现代计算机中，传统的 BIOS 被 UEFI，也叫做统一可扩展固件接口替代，它的存储位置也是在 SPI Flash 芯片中。
由硬件厂商开发，BIOS 厂商根据芯片厂商提供的规范来负责编写 BIOS 代码
BIOS 的任务
- 上电自检：检查关键硬件，包括 CPU，内存，芯片组等；然后初始化系统管理总线（SMBus），并且验证硬件完整性和兼容性
- 硬件初始化：设置 CPU 微代码更新，配置内存控制器和时序参数，初始化 PCIe 设备枚举，设置 USB，SATA 控制器
- 运行时服务建立：创建中断向量表，建立 BIOS 数据区，提供系统调用接口（INT，13h 磁盘服务等）

最简单的“操作系统”内核

启动电脑时，BIOS 会做自检，然后找到第一个可以启动的设备，读取该设备的第一个扇区（512 字节），如果该扇区最后两个字节是 0x55 和 0xAA，BIOS 会认为这是一个有效的引导扇区，并将其加载到内存 0x7c00 处执行。

下面我们使用汇编程序编写一个最简单的引导程序：（必须使用汇编语言）

; boot.asm
[org 0x7c00]      ; 告诉汇编器，这段代码会被加载到 0x7c00 处mov si, hello_msg ; 将字符串地址存入 SI 寄存器
call print_string ; 调用打印函数jmp $             ; 无限循环，挂在这里print_string:mov ah, 0x0e  ; BIOS 中断 0x10 的功能号，表示在电传打字机模式下显示字符
.loop:lodsb         ; 从 [SI] 加载一个字节到 AL，并增加 SIcmp al, 0     ; 检查是否是字符串结尾 (0)je .doneint 0x10      ; 调用 BIOS 中断来打印 AL 中的字符jmp .loop
.done:rethello_msg db 'Hello, OS World!', 0times 510-($-$$) db 0 ; 填充剩余空间，使得总长度为 510 字节
dw 0xaa55             ; 魔数，表示这是一个可引导的扇区

# 编译汇编文件
nasm -f bin boot.asm -o boot.bin# 使用 QEMU 运行
qemu-system-x86_64 boot.bin

如果一切顺利，你会在 QEMU 窗口处看到 “Hello，OS World”

注意，如果使用 ssh 链接虚拟机中的 ubuntu 系统，那么 QEMU 窗口需要到 ubuntu 中查看。

从零开始制作操作系统—— 最简单的操作系统内核