编写和运行简单的"Hello World"操作系统内核 通常编写一个操作系统内核是一项浩大的工程。但我今天的目标是制作一个简单的内核，用比较方便的方法在虚拟机上验证它能够被grub装载和运行，并且可通过gdb进行调试，为接下去的工作创造一个基础环境。
首先，为了方便运行和调试我们需要一个虚拟机。虚拟机有很多选择，这里用最简单的qemu。
先用dd创建一个文件作为虚拟盘，100MB就可以了：
$ dd if=/dev/zero of=disk.img count=204800 bs=512
然后对这个虚拟磁盘进行分区：
$ fdisk -c=dos disk.img
用命令n创建一个分区就可以了。通常情况下分区的起始扇区是2048（不带选项-c=dos），如果用老式的msdos格式分区表(命令c)，就可以选择从63扇区开始。以前文章里提到63个扇区足够塞下grub的核心映像，所以为了测试下grub就选择了msdos模式。用命令w把变动写入虚拟盘。
把这个分区虚拟成设备文件：
$ sudo losetup -o 32256 /dev/loop1 disk.img
这里指定了起始扇区的偏移量。63个扇区，每个扇区512个字节，总共是32256字节。如果你的分区起始扇区是2048，那么偏移量应该是2048 * 512字节。
格式化：
$ sudo mkfs.ext4 /dev/loop1
挂载起来，这样就可以方便地往里面放kernel和grub需要的配置文件和模块什么的：
$ sudo mount /dev/loop1 /mnt
安装grub：
$ sudo grub-install --boot-directory=/mnt --modules="part_msdos" disk.img
使用qemu来启动虚拟机（我用的是64位系统）：
$ qemu-system-x86_64 -hda disk.img -m 1024 -s &
这时候应该能够看到grub的提示符了。当然现在还没有grub菜单也没有kernel，我们暂时先关掉虚拟机。
接下来可以为grub建立个multiboot启动菜单：
$ sudo vi /mnt/grub/grub.cfg
制作菜单命令：
menuentry "Hello" {multiboot (hd0,msdos1)/kernelboot}
确保数据写回了虚拟盘：
$ sync
这时候如果你再打开虚拟机，应该就可以看到启动菜单了，当然因为还没有kernel，选择菜单项后无法继续，会提示kernel找不到。
下一步，我们用c语言从头编写个最简单kernel程序。这个kernel没有实现操作系统的基本功能。但是可以被grub装载和运行。
kernel.c:
/* 在文件里嵌入一个签名。Grub在multiboot时会寻找这个签名 */#define GRUB_MAGIC 0x1BADB002#define GRUB_FLAGS 0x0#define GRUB_CHECKSUM (-1 * (GRUB_MAGIC + GRUB_FLAGS))struct grub_signature { unsigned int magic; unsigned int flags; unsigned int checksum;};struct grub_signature gs __attribute__ ((section (".grub_sig"))) = { GRUB_MAGIC, GRUB_FLAGS, GRUB_CHECKSUM};/* 显示字符的函数。因为我们什么库都不能用，只能直接写屏了。0xB8000是VGA彩色字符模式的数据缓存。每个字符用两个字节表示。前一个是Ascii码，后一个代表颜色。 */void puts( const char *s, int color ){ volatile char *buffer = (volatile char*)0xB8000; while( *s != 0 ) { *buffer++ = *s++; *buffer++ = color; }}/* 主函数，程序入口。最后用个死循环，把代码指针困在那里。*/void main (void) { puts("Hello World!", 0x7); while (1) {}}
有必要再写个链接模板，确保编译好的kernel装载在内存地址0x100000，这里是grub代码最后跳转到的区域，从这里我们的kernel接过了接力棒。另外，虽然我用的虚拟机是64位的，但是我需要生成一个32位的kernel，因为做64位的kernel还需要做额外的设置工作，比如从32位保护模式打开long mode，比较麻烦。所以先暂时用32位的kernel。
kernel.ld:
OUTPUT_FORMAT("elf32-i386")ENTRY(main)SECTIONS{ .grub_sig 0x100000 : AT(0x100000) { *(.grub_sig) } .text : { *(.text) } .data : { *(.data) } .bss : { *(.bss) } /DISCARD/ : { *(.comment) *(.eh_frame) }}
还有一个Makefile，主要是设置一些编译选项。
Makefile:
CC = gccLD = ldCFLAGS = -std=c99 -pedantic -Wall -nostdlib -ffreestanding -m32LDFLAGS = -T kernel.ld -nostdlib -n -melf_i386OBJS = kernel.o.PHONY: allall: kernel%.o: %.c ${CC} -c ${CFLAGS} $<kernel: $(OBJS) kernel.ld ${LD} ${LDFLAGS} -o kernel ${OBJS}clean: rm -f ${OBJS} kernel
编译生成kernel并放入我们的虚拟盘里：
$ sudo cp kernel /mnt/$ sync
再次启动虚拟机，在启动菜单里选择multiboot我们的kernel，应该就能看到Hello World!的字符显示在虚拟机屏幕上了。
如果想要调试，可以运行gdb。因为我们在启动qemu的时候使用了-s选项，所以qemu默认会打开tcp端口1234作为gdb调试端口。在gdb中可以使用target remote tcp::1234命令来连接。试试看连接，会发现cpu一直在执行0x100066处的指令。用objdump -D kernel看下kernel的汇编代码：
0010004c <main>: 10004c:55 push %ebp 10004d:89 e5 mov %esp,%ebp 10004f:83 ec 08 sub $0x8,%esp 100052:c7 44 24 04 07 00 00 movl $0x7,0x4(%esp) 100059:00 10005a:c7 04 24 68 00 10 00 movl $0x100068,(%esp) 100061:e8 a6 ff ff ff call 10000c <puts> 100066:eb fe jmp 100066 <main+0x1a>
0x100066处的指令正好是死循环的那条jmp指令。