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2.1 Sinos 开发环境考虑要点

王朝other·作者佚名  2006-01-10
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2.1 Sinos 开发环境考虑要点

一般的操作系统均采用C或是汇编开发,Sinos也不例外,但要在操作系统开发时使用这些语言,有几个问题必须首先解决。

运行库(Run-time Library)

C语言之所以被广泛用于操作系统开发,有一个很重要的原因是它的语法与运行库分离的特点。

C语言能够直接编译成不需要任何特定运行环境的二进制代码,而其它绝大多数编程语言都不具有这个特点,而这种特定的程序运行的环境被称为运行库。

所谓运行库,是指一组由编译器开发商或第三方软件供应商预先编写好的程序,用来支持编译后程序的运行。运行库中一般包括编程时常用的函数,如字符串操作、文件操作、界面等内容。不同的语言所支持的函数通常是不同的,所以使用的库也是完全不同的,这就是为什么有VB运行库、Delphi运行库之分的原因。即使同一个语言,也可能因为提供的函数不同,而使用不同的库。

由于运行库所完成的任务有很大部份是对操作系统的API进行封装,所以运行库的正常编译和运行依赖于操作系统的支持,这对于从头开发操作系统来说,是一个必需解决的问题。

实际上C也有运行库,但它对语言的编译和运行来说不是必须的。通过设置特定的编译、链接参数,可以把所有与宿主操作系统相关的运行库都清除,这在其它语言中几乎是不可能的,这涉及编程语言语法的设计等话题,在此就不详述了,笔者将另列专题文章讨论。

语言选择

Sinos最基本的软件部分由三组完全不同的二进制代码组成:引导记录、实模式引导程序和内核映像。由于这三个部分运行环境各不相同,所以必须针对各自的运行特点选择合适的开发语言和编译工具。

引导记录是系统启动时操作系统最先执行的部分,位于磁盘引导扇区内。由于引导扇区内空间有限,引导记录的最大容量不能超过512字节,所以必须使用最简洁、最直接的办法来编写引导记录代码。在Sinos中,引导记录完全使用纯X86汇编编写。

第二部分是实模式引导程序。该部分程序由引导记录载入内存,负责完成硬件检测、内核映像的加载和重定位、初始化保护模式等操作。由于所涉及的操作较为复杂,所以只能采用C与汇编混合编程的方式来实现。程序的主要逻辑处理采用实模式下的C语言开发,而汇编语言编写的模块用来处理一些诸如程序入口初始化、切换保护模式之类的关键操作。

系统中最主要的部分是内核映像,它是完全的32位保护模式代码,所以需要用保护模式的C语言来开发。同样,涉及关键的、调用CPU系统指令的部分还需要通过汇编模块或在C程序中嵌入汇编指令来实现。

输入/输出处理

正如上文所提到的,语言运行库的一个重要功能是实现程序的输入和输出,而在Sinos开发时并不能利用任何操作系统下的运行库来进行输入和输出,所以需要程序本身自行寻找办法来解决这个问题。

在实模式下情况比较简单。C运行库中的输入/输出函数(如printf等)实际上最终是通过调用DOS中断21h来实现的,而DOS中断21h的输入/输出功能中有很大一部分是通过BIOS中断来完成的,而BIOS中断是所有PC都支持的标准例程,所以实模式下可以考虑直接调用BIOS来实现程序的输入和输出。

在输出方面,实模式下要做的仅仅是把启动和调试信息显示到屏幕上,这个任务可以通过BIOS中断10h来完成,只要编写一个调用10h中断的输出函数供程序的其它部分调用就可以了。而且,10h中断的优点在于它在任何时候都是有效的,哪怕引导过程中出现错误也不会影响显示功能,非常适用于调试引导程序。

输入方面,实模式下主要是从磁盘读入数据,这同样可以通过BIOS中断13h来完成;另一个输入需求是键盘输入,主要用来实现让用户按键后继续的功能,可以使用BIOS中断16h来实现。

当内核正式启动后,系统就进入了保护模式。在保护模式下实模式的BIOS例程就完全不能使用了,所以只能通过直接操作硬件的方式来实现输入和输出。对于每个输入/输出硬件,系统都有对应的驱动与之关联,应用程序在输入和输出时所需要做的,就是与这些驱动通讯,让驱动来操作硬件实现输入和输出。

 
 
 
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