操作系统引导-----QEMU环境下制作boot引导程序

目标

• 制作一个光盘实现qemu下操作系统的引导

储备知识

• df命令：列出文件系统的整体磁盘使用量
  

• du命令：常用于计算目录所占容量
  -h ：以（G/M）方式显示容量
  -k：以KB方式显示
  -m：以MB方式显示
  

• mkfs命令：使用指定的文件系统格式化磁盘
  -t ：接文件系统格式，如ext3，ext2，vfat等

• mount命令：将文件系统挂载到指定的目录下

• losetup命令：连接文件与循环设备（/dev/loop）
  详解
  -d 卸除设备。
  -e<加密方式> 启动加密编码。
  -o<平移数目> 设置数据平移的数目。
  循环设备可把文件虚拟成区块设备，籍以模拟整个文件系统，让用户得以将其视为硬盘驱动器，光驱或软驱等设备，并挂入当作目录来使用。

• /dev/loop设备
  /dev/loop（或称vnd (vnode disk)、lofi（循环文件接口））是一种伪设备，这种设备使得文件可以如同块设备一般被访问。
  在使用之前，循环设备必须与现存文件系统上的文件相关联。这种关联将提供给用户一个应用程序接口，接口将允许文件视为块特殊文件（参见设备文件系统）使用。因此，如果文件中包含一个完整的文件系统，那么这个文件就能如同磁盘设备一般被挂载。
  这种设备文件经常被用于光盘或是磁盘镜像（IOS、IMG）。通过循环挂载来挂载包含文件系统的文件，便使处在这个文件系统中的文件得以被访问。这些文件将出现在挂载点目录。
  在一个目录上挂载包含包含文件系统的文件的步骤：
  使用一个循环设备（/dev/loop）连接文件（使用命令 losetup）
  在目录上挂载该循环设备（使用命令 mount）

• 其他/dev虚拟设备

/dev/null： “空”设备，也有人称它为黑洞。任何输入到这个“设备”的数据都将被直接丢弃
最常用的用法是把不需要的输出重定向到这个文件。
/dev/zero：零”设备，可以无限的提供空字符（0x00，ASCII代码NUL）。常用来生成一个特定大小的文件。
/dev/random和/dev/urandom：随机数设备，提供不间断的随机字节流。二者的区别是/dev/random产生随
机数据依赖系统中断，当系统中断不足时，/dev/random设备会“挂起”，因而产生数据速度较慢，但随机性
好；/dev/urandom不依赖系统中断，数据产生速度快，但随机性较低。

生成一个大小为1.44mb软盘，并且将其挂载到指定目录下

实现过程

• 先生成一个空的大小为1.44MB的磁盘
  
  mkdosfs命令
  详解
  -F 指定 FAT 表的大小，通常是 12 或是 16 个位元组。12 位元组通常用于磁碟片，16 位元组用于一般硬盘的分割区，也就是所谓的 FAT16 格式。这个值通常系统会自己选定适当的值。在磁碟片上用 FAT16 通常不会发生作用，反之在硬盘上用 FAT12 亦然。
  xxd命令查看其内容
  xxd -u -a -g l -c 16 floopy
  
  其前512字节是一个引导扇区（Boot Sector），前62字节是BPB的结构，BPB数据结构的字段是windows文件系统和操作系统约定好的，用于描述磁盘的物理布局，可以适用于FAT系列文件系统和NTFS文件系统。这里我们看到最后的文件系统类型为FAT12

FAT引导扇区结构

详细介绍链接

引导代码

boot.asm程序：

jmp init; BS_jmpBoot短跳转指令（加上nop填充后为3个字节）
nop
Bs_OEMName db "Jiaxgong";Bs_OEMName 厂商名称 8字节
BPB_BytsPerSec dw 512;每扇区字节数
BPB_SecPerClus db 1;每簇扇区数
BPB_RsvdSecCnt dw 1;保留区中的保留扇区数FAT12必须为1,(引导记录占用的扇区数)
BPB_NumFATs db 2;此卷中FAT表的份数，建议为2
BPB_RootEntCnt dw 512;根目录中的目录项数 FAT12中建议取值512
BPB_TotSec16 dw 2880;扇区总数
BPB_Media db 0xf0;BPB_Media 存储介质f0表示可移动介质，f8表示固定介质
BPB_FATSz16 dw 9;一个FAT表所占的扇区数
BPB_SecPerTrk dw 18;每磁道扇区数
BPB_NumHeaders dw 2;磁头数
BPB_HiddSec dd 0;FAT分区之前的隐藏扇区数，对于未分区介质必须为0
BPB_TotSec32 dd 0
BS_drveNum db 0;int13得到的驱动器号
BS_Reserved1 db 0;保留（供NT使用）
BS_BootSig db 0x29;扩展引导标记，指明此后的3个域可用
BS_VolID dd 0;卷标序列号
BS_VolLab db "VirtualBoot";磁盘卷标，此域必须与根目录中11字节长的卷标一致
BS_FilSysType db "FAT12   ";文件系统类型

init:
    mov    ax, 7c00h
    mov    ds, ax
    mov    es, ax
    mov    ss, ax
    mov    sp, 180h
    call    DispStr

loop:
    jmp     loop

DispStr:
    mov    ax, BootMsg
    mov    bp, ax
    mov    cx, 16
    mov    ax, 01301h
    mov    bx, 000ch
    mov    dl, 0
    int     10h
    ret

BootMsg: db  "Hello, OS World!"

times 510-($-$$) db 0

dw 0xaa55

以上程序写好后，使用nasm命令汇编成二进制文件
nasm boot.asm -o boot.bin
汇编完成后，可以使用以下命令查看boot.bin的大小，刚好为512字节
wc -c boot.bin

plus：反汇编指令ndisasm boot.bin -o 0x7c00>> disboot.asm可以查看处理过后的汇编代码

将引导代码写入floopy软盘中

dd if=boot.bin ibs=512 of=floopy obs=512 count=1 seek=0 conv=notrunc
notrunc意味着不缩减输出文件，也就是说，如果输出文件已经存在，只改变指定的字节，然后退出，并保留输出文件的剩余部分。没有这个选项，dd将创建一个512字节长的文件。

写入完成后，使用qemu启动软盘(a.img就是上面的floppy软盘，为了和命令区分，改为了a.img)
qemu-system-x86_64 -drive file=a.img,of=floppy