4 无知则无畏 …… 5

题也是有益的，但一上来就问这些，当然会让人无从回答。

要想给他们一个满意答复，让他们不再从旁指手画脚的话，还真得多学习，拿出点像模像 样的见解才行。但我们是初学者，没有必要去学那些麻烦的东西，费时费力且不说，当我们知 道现有操作系统在各方面都考虑得如此周密的时候，就会发现自己的想法太过简单而备受打击 没了干劲。如果被前人的成果吓倒，只用这些现有的技术来做些拼拼凑凑的工作，岂不是太没意 思了。

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所以我们这次不去学习那些复杂的东西，直接着手开发。就算知道一大堆专业术语、专业理 论，又有什么意思呢？还不如动手去做，就算做出来的东西再简单，起码也是自己的成果。而且 自己先实际操作一次，通过实践找到其中的问题，再来看看是不是已经有了这些问题的解决方案， 这样下来更能深刻地理解那些复杂理论。不管怎么说，反正目前我们也无法回答那些五花八门的 问题，倒不如直接告诉在一旁指手画脚的人们：我们就是想用自己的方法做自己喜欢的事情，如 果要讨论高深的问题，就另请高明吧。

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其实反过来看，什么都不知道有时倒是好事。正是因为什么都不知道，我们才可能会认真地 去做那些专家们嗤之以鼻的没意义的―傻事‖。也许我们大多时候做的都没什么意义，但有时也 可能会发掘出专家们千虑一失的问题呢。专家们在很多方面往往会先入为主，甚至根本不去尝试 就断定这也不行那也不行，要么就浅尝辄止。因此能够挑战这些问题的，就只有我们这种什么都 不知道的门外汉。任何人都能通过学习成为专家，但是一旦成为专家，就再也找不回门外汉的挑 战精神了。所以从零开始，在没有各种条条框框限制的情况下，能做到什么程度就做到什么程度， 碰壁以后再回头来学习相关知识，也为时未晚。

实际上笔者也正是这样一路磕磕绊绊地走过来，才有了今天。笔者没去过教授编程的学校， 也几乎没学什么复杂的理论就开始开发操作系统了。但也正是因为这样，笔者做出的操作系统与 其他的操作系统大不相同，非常有个性，所以得到了专家们的一致好评，而且现在还能有机会写 这本书，向初学者介绍经验。总地说来，笔者从着手开发直到现在，每天都是乐在其中的。 正是像笔者这样自己摸着石头过河，一路磕磕绊绊走过来的人，讲出的东西才简单易懂。不 过在讲解过程中会涉及失败的经验，以及如何重新修正最终取得成功，所以已经懂了的人看着可 能会着急。不好意思，如果碰到这种情况请忍耐一下吧。

读了这部分内容或许有人会觉得―是不是什么都不学习才是最好的啊‖，其实那倒不是。比

如工作上需要编写某些程序，或者一年之内要完成某些任务，这时没有时间去故意绕远路，所以 为了避免不必要的失败，当然是先学习再着手开发比较好。但这次我们是因为自己的兴趣而学习 操作系统的开发的，既然是兴趣，那就是按自己喜欢的方式慢慢来，这样就挺好的。

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6 …… 第 0 天：着手开发之前

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如何开发操作系统

操作系统（OS）一般打开电源开关就会自动执行。这是怎么实现的呢？一般在Windows上开

发的可执行文件（～.exe），都要在操作系统启动以后，双击一下才能运行。我们这次想要做的可 不是这种可执行程序，而是希望能够做到把含有操作系统的CD-ROM或软盘插入电脑，或者将操 作系统装入硬盘后，只要打开电源开关就能自动运行。

为了开发这样的操作系统，我们准备按照如下的步骤来进行。①②

也就是说，所谓开发操作系统，就是想办法制作一张―含有操作系统的，能够自动启动的 磁盘‖。

这里出现的―映像文件‖一词，简单地说就是软盘的备份数据。我们想要把特定的内容写入

磁盘可不是拿块磁铁来在磁盘上晃晃就可以的。所以我们要先做出备份数据，然后将这些备份数 据写入磁盘，这样才能做出符合我们要求的磁盘。

软盘的总容量是1440KB，所以作为备份数据的映像文件也恰好是1440KB。一旦我们掌握了 制作磁盘映像的方法，就可以按自己的想法制作任意内容的磁盘了。

这里希望大家注意的是，开发操作系统时需要利用Windows等其他的操作系统。这是因为 我们要使用文本编辑器或者C编译器，就必须使用操作系统。既然是这样，那么世界上第一个 操作系统又是怎么做出来的呢？在开发世界上第一个操作系统时，当然还没有任何现成的操作 系统可供利用，因此那时候人们不得不对照着CPU的命令代码表，自己将0和1排列起来，然后 再把这些数据写入磁盘（估计那个时候还没有磁盘，用的是其他存储设备）。这是一项非常艰 巨的工作。所以恐怕最初的操作系统功能非常有限，做好之后人们再利用它来开发一个稍微像点 样的操作系统，然后再用这个来开发更实用的操作系统……操作系统应该就是这样一步一步发展 过来的。

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① source program，为了生成机器码所写的程序代码。可通过编译器编译成机器语言。 ② CPU能够直接理解的语言，由二进制的0和1构成。其实源代码也是由 0和1构成的（后述）。

6 操作系统开发中的困难 …… 7

由于这次大部分初学者都是Windows用户，所以决定使用Windows这个现成的操作系统， Windows95/98/Me/2000/XP中任意一个版本都可以。肯定也有人会说还是Linux好用，所以笔者也 总结了一下Linux上的做法，具体内容写在了帮助与支持①里，有需要的人请一定看一看。 另外，如果C编译器和映像文件制作工具等不一样的话，开发过程中就会产生一些细微的差 别，这很难一一解释，所以笔者就直接把所有的工具都放到附带光盘里了。这些几乎都是笔者所 发布的免费软件，它们大都是笔者为了开发后面的OSASK操作系统而根据需要自己编写的。这 些工具的源代码也是公开的。除此之外，我们还会用到其他一些免费软件，所有这些软件的功能 我们会在使用的时候详细介绍。

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操作系统开发中的困难

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现在市面上众多的C编译器都是以开发Windows或Linux上的应用程序为前提而设计的，几乎 从来没有人想过要用它们来开发其他的软件，比如自己的操作系统。笔者所提供的编译器，也是 以Windows版的gcc②为基础稍加改造而做成的，与gcc几乎没什么不同。或许也有为开发操作系统 而设计的C编译器，不过就算有，恐怕也只有开发操作系统的公司才会买，所以当然会很贵。这 次我们用不了这么高价的软件。

因为这些原因，我们只能靠开发应用程序用的C编译器想方设法编写出一个操作系统来。这 实际上是在硬来，所以当中就会有很多不方便的地方。

就比如说printf(―hello\\n‖);吧，这个函数总是出现在C语言教科书的第一章，但我们现在就

连它也无法使用。为什么呢？因为printf这个函数是以操作系统提供的功能为前提编写的，而我 们最开始的操作系统可是什么功能都没有。因此，如果我们硬要执行这个函数的话，CPU会发生 一般保护性异常③，直接罢工。刚开始的时候不仅是printf，几乎所有的函数都无法使用。

关于这次开发语言的选择，如果非要说出个所以然的话，其实也是因为C语言还算是很 少依赖操作系统功能的语言，基本上只要不用函数就可以了。如果用C++的话，像new/delete 这种基本而重要的运算符都不能用了，另外对于类的做法也会有很多要求，这样就无法发挥 C++语言的优势了。当然，为了使用这些函数去开发操作系统，只要我们想办法，还是能够 克服种种困难的。但是如果做到这个份上，我们不禁会想，到底是在用C++做操作系统呢，

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① http://hrb.osask.jp。

② GNU项目组开发的免费C编译器，GNU C Compiler的简称。有时也指GUN开发的各种编译器的集合（GNU Compiler Collection）。

③ 电脑的CPU非常优秀，如果接到无视OS保护的指令或不可能执行的指令时，首先会保存当前状态，中断正在执行 的程序，然后调用事先设定的函数。这种机制称为异常保护功能，比如除法异常、未定义指令异常、栈异常等。 不能归类到任何异常类型中去的异常事态被称为一般保护异常。这种异常保护功能或许会让老Windows用户想起 那噩梦般的蓝屏画面，但是如果经历过操作系统开发以后，大家就会觉得这种机制实在是太有用了。

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8 …… 第 0 天：着手开发之前

还是在为了C++而做操作系统呢。对别的语言而言这个问题会更加突出，所以这次还是决定 使用C语言，希望大家予以理解。

顺便插一句，在开发操作系统时不会受到限制的语言大概就只有汇编语言①了。还是汇编语

言最厉害②（笑）。但是如果本书仅用汇编来编写操作系统的话，恐怕没几个人会看，所以就算是 做事管前不顾后的笔者也不得不想想后果。

另外，在开发操作系统时，需要用到CPU上的许多控制操作系统的寄存器③。一般的C

编译器都是用于开发应用程序的，所以根本没有任何操作这些寄存器的命令。另外，C编译 器还具有非常优秀的自动优化功能，但有时候这反而会给我们带来麻烦。

归根到底，为了克服以上这些困难，有些没法用C语言来编写的部分，我们就只好用汇编语 言来写了。这个时候，我们就必须要知道C编译器到底是怎样把程序编译成机器语言的。如果不 能够与C编译器保持一致的话，就不能将汇编语言编写的部分与C语言编写的部分很好地衔接起 来。这可是在编写普通的C语言程序时所体会不到哦！不过相比之下，今后的麻烦可比这种好处 多得多啊（苦笑）。

同样，如果用C++来编写操作系统，也必须知道C++是如何把程序编译成机器语言的。

当然，C++比C功能更多更强，编译规则也更复杂，所以解释起来也更麻烦，我们选用C语言 也有这一层理由。总之，如果不理解自己所使用的语言是如何进行编译的，就没法用这种语 言来编写操作系统。

书店里有不少C语言、C++的书，当然也还有Delphi、Java等其他各种编程语言的书，但这么 多书里没有一本提到过―这些源代码编译过后生成的机器语言到底是什么样的‖。不仅如此，虽 然我们是在通过程序向CPU发指令的，但连CPU的基本结构都没有人肯给我们讲一讲。作为一个 研究操作系统的人，真觉得心里不是滋味。为了弥补这一空缺，我们这本书就从这些基础讲起（但 也仅限于此次开发操作系统所必备的基础知识）。

我们具备了这样的知识以后，说不定还会改变对程序设计的看法。以前也许只想着怎么写出 漂亮的源代码来，以后也许就会更注重编译出来的是怎样的机器语言。源代码写得再漂亮，如果 不能编译成自己希望的机器语言，不能正常运行的话，也是毫无意义的。反过来说，即便源代码 写得难看点儿，即便只有特定的C编译器才能编译，但只要能够得到自己想要的机器语言就没有 问题了。虽然不至于说―只要编译出了想要的机器语言，源代码就成了一张废纸‖，但从某种意 ——————————

① Assembler，与机器语言最接近的一种编程语言。过去掌握这种语言的人会备受尊敬，而现在这种人恐怕要被当作 怪人了，真是可悲啊。原本汇编语言的正式名称应该是Assembly语言，而Assembler一般指的是编译程序。不过像 笔者这样的老程序员，往往不对这两个词进行区分，统称为Assembler。 ② 读到这里，大家可能还不理解为什么这么说，越往后看就越能慢慢体会到了。

③ Register，有些类似机器语言中的变量。对CPU而言，内存是外部存储装置，在CPU内核之中，存储装置只有寄存 器。全部寄存器的容量加起来也不到1KB。