初识 Boot

初识 Boot¶

对于一台（比较现代的）计算机，从上电到允许用户操作确实（在大多数时候）是一个漫长的过程。然而如果我们愿意选用一些简单的方案，这个过程将不那么复杂。这里我们就将以 x86 架构上的 BIOS Boot 为例，探索 Boot 的过程。

首先请自行查阅 x86 汇编的资料，了解一些基本的汇编知识，包括：

寄存器和栈是什么？如何操作？
如何使用 BIOS 中断调用（BIOS interrupt call）？如何基本地调用函数？如何基本地使用宏？
如何声明一个像常量的东西？如何声明一个像变量的东西？

不要纠结在上述问题上，大致明白即可。

接下来我们将查看一份不完全、但能工作的 bootloader 的代码：

首先是环境配置。请确保你目前使用的是具有图形界面的 Ubuntu 虚拟机（如果使用其他发行版，请参照下方自行处理，一般不会出现奇怪的问题），运行以下指令：

# 安装工具
sudo apt install nasm qemu make

然后从此处获得代码：bootloader-x86.tar.xz 并解压获得源码。

这份代码的入口是 boot.asm 文件，之后会运行 loader.asm 文件。kernel.asm 不会被运行。其余两个 fat12.inc 和 log.inc 文件可以类比做 C 中的头文件、会被宏内连到前面的两个文件中。此代码带有一份 Makefile，记载了如何完成编译和测试。请阅读 Makefile 内容，使用正确的指令完成编译。（1 分）

现在，请从以下几个问题中选择 2 个（共 1 分），查阅相关资料后简要回答：

xor ax, ax 使用了异或操作 xor，这是在干什么？这么做有什么好处呢？
jmp $ 又是在干什么？
[es:di] 是一个寻址操作，这是在寻址内存的哪个地址呢？
boot.asm 文件前侧的 org 0x7c00 有什么用？
times 510 - ($ - $$) db 0 是在干什么？为什么要这么做呢？为什么这里有一个 510？

再在从以下几个问题中选择 1 个（1 分），简单了解代码流程后简要回答：

尝试修改代码，在目前已有的输出中增加一行输出“I am OK!”，样式不限，位置不限，但不能覆盖其他的输出；
通过 boot.asm 文件及相应的其他资料，简单描述 BIOS Boot 是怎么确定一个软盘（floppy）是可启动（bootable）的？
为什么 boot.asm 执行之后可以继续执行 loader.asm？
为什么要用 boot.asm 和 loader.asm 两个文件？把代码写在一个文件里不好吗？

再接下来几个问题不会给分，但如果你做出来了助教会为你鼓掌：

这些代码是不完全的，尝试补全这些代码，使得 kernel.asm 可以被运行；
同样是尝试补全这些代码，使得系统进入长模式（long mode）；
又同样是尝试补全这些代码，使得系统的运行可以跳转到你自行增添的 C/C++/Rust 代码上；
或者自行实现另一套的 UEFI Boot；