一篇文章带你使用C语言编写内核

介绍

操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，内核是操作系统的核心部分，负责管理计算机硬件、提供各种系统服务和应用程序所需的接口。在这里，我们将介绍如何使用C语言编写一个简单的内核。

准备

在开始编写内核之前，您需要准备以下工具：

• 编译器（例如gcc）
• 汇编器（例如nasm）
• 链接器（例如ld）
• 一个可以运行在虚拟机或实机上的系统

步骤

下面是编写内核的步骤：

1. 编写启动代码

编写一个启动代码 boot.asm，它是内核的入口点。

[BITS 16]
[ORG 0x7c00]

start:
    mov ax, 0x07c0          ; 设置数据段寄存器
    mov ds, ax
    mov ax, 0x07e0          ; 设置栈段寄存器
    mov ss, ax
    mov sp, 0x1000

    ; 加载内核代码
    mov bx, 0x8000
    mov dh, 15
    mov dl, 2
    mov cx, 512 / 2
    mov ax, 0x0200
    int 0x13

    ; 跳转到内核
    jmp 0x8000:0000

    ; 填充引导扇区
    times 510-($-$$) db 0
    dw 0xaa55

2. 编写内核代码

编写一个 C 语言文件 kernel.c，它将作为内核代码的主要部分。

void main()
{
    char* str = "Hello, world!";
    while (*str != 0) {
        video_mem[idx++] = *str++;
        video_mem[idx++] = 0x07;
    }
}

volatile char* video_mem = (char*)0xb8000;
volatile int idx = 0;

3. 编写链接脚本

编写一个链接脚本 linker.ld，它将启动代码和内核代码链接在一起。

ENTRY(start)

SECTIONS
{
    . = 0x7c00;

    .text :
    {
        *(.text);
    }

    .rodata :
    {
        *(.rodata*);
    }

    .data :
    {
        *(.data);
    }

    .bss :
    {
        *(.bss);
    }

    /DISCARD/ :
    {
        *(.comment);
    }

    . = 0x8000;

    kernel :
    {
        *(.text);
        *(.rodata*);
        *(.data);
        *(.bss);
    }
    /DISCARD/ :
    {
        *(.comment);
    }
}

4. 编译和链接

通过以下命令编译和链接内核：

nasm -f elf32 -o boot.o boot.asm
gcc -m32 -c -o kernel.o kernel.c
ld -m elf_i386 -T linker.ld -o kernel.bin boot.o kernel.o

5. 运行内核

把编译出来的内核 kernel.bin 写入一个可启动的媒体中（如硬盘、U盘或光盘），然后插入计算机，重启计算机并设置启动为内核所在的媒体。

示例

示例 1：输出字符串到屏幕

在 main 函数中增加输出字符串的代码：

void main()
{
    char* str = "Hello, world!";
    while (*str != 0) {
        video_mem[idx++] = *str++;
        video_mem[idx++] = 0x07;
    }
}

示例 2：实现简单的键盘输入

在 main 函数中增加键盘输入的代码：

void main()
{
    // 输出字符串
    char* str = "Hello, world!";
    while (*str != 0) {
        video_mem[idx++] = *str++;
        video_mem[idx++] = 0x07;
    }

    // 获取键盘输入
    while (1) {
        if (inportb(0x64) & 0x01) {
            char c = inportb(0x60);
            video_mem[idx++] = c;
            video_mem[idx++] = 0x07;
        }
    }
}

char inportb(unsigned short port)
{
    char result;
    __asm__ __volatile__("inb %1, %0" : "=a" (result) : "dN" (port));
    return result;
}

这里的 inportb 函数是用来从指定的端口读取一个字节。