自己写一个内核（一）：最小引导扇区

自己写一个内核（一）：最小引导扇区

你按下电源。

CPU 醒过来，干的第一件事不是加载操作系统——它先去跑 BIOS。BIOS 是焊在主板 ROM 里的程序，出厂写死，掉电不丢。它把硬件点一遍，然后把磁盘最开头的 512 字节搬进内存 0x7c00，跳过去。

跳过去之后，跑的就是我们的代码了。

从这一秒起，这 512 字节就是你的全部地盘。这一篇要做的，就是在这块地盘上，让屏幕出现一个 A。

后面还长：512 字节装不下东西，所以要读更多扇区；16 位模式不够用，所以要切保护模式；汇编写着太累，所以要换成 C。再往后是分页、是多任务。这条路从今天这 8 行汇编开始。

开工前：需要两样东西。

Linux 一行搞定：sudo apt install nasm qemu-system-x86（Fedora 用 dnf）。

Windows 去 nasm.us 和 qemu.org 下载安装包，装完把安装目录加进 PATH。注意 Windows 上没有 make、rm 这些命令，后面用 Makefile 那一段可以跳过，直接手敲那两条命令，效果一样。

验证：nasm -v 和 qemu-system-i386 –version，能打出版本号就成。

一、先看结果：屏幕上出现一个 A

代码就这几行：

[bits 16]
[org 0x7c00]

start:
mov ah, 0x0e
mov al, 'A'
int 0x10
jmp $

times 510 – ($ – $$) db 0
dw 0xaa55

存成 boot.asm，敲两条命令：

nasm -f bin boot.asm -o os.img
qemu-system-i386 -drive format=raw,file=os.img

屏幕上出现一个 A。

答案先给到这。 先敲下去看一眼，再回来读原理，完全来得及——下面每一行都会拆开讲，包括那两行看起来像天书的 times 和 dw。

顺手把命令存起来（可以跳过）

如果不想每次手敲，建一个叫 Makefile 的文件：

AS = nasm
QEMU = qemu-system-i386

all: os.img

os.img: boot.asm
$(AS) -f bin boot.asm -o os.img

run: os.img
$(QEMU) -drive format=raw,file=os.img

clean:
rm -f os.img

之后敲 make 就编译，敲 make run 就运行，敲 make clean 就清场。

规则只有一条：冒号前面是名字，冒号后面是它依赖的东西，命令写在下一行、用 Tab 开头。run: os.img 的意思是"要跑 run，得先有 os.img"。

（rm 那一行是 Linux 写法，Windows 下要用 Git Bash 或者 MSYS2 才能跑。）

二、这 8 行，一行一行看

[bits 16]：告诉汇编器，现在只有 16 位

CPU 刚上电是实模式，这个模式只认 16 位指令。这行是写给 nasm 看的，它不产生任何机器码，只是在说"接下来按 16 位编译"。

[org 0x7c00]：告诉汇编器，代码住在哪

先说 0x 是什么。

平时数数用十进制，逢十进一。电脑用十六进制，逢十六进一——数字只有 0 到 9 十个，不够十六个用，就拿字母顶上：A=10、B=11、C=12、D=13、E=14、F=15。

0x 是记号，表示"后面这串是十六进制"。

换算看每个位的权重。从右往左，第一位是 1，第二位是 16，第三位是 256，第四位是 4096——每次乘 16：

0x7c00 就是 BIOS 放我们的位置，它不随你改。

而 [org 0x7c00] 的含义是：告诉 nasm"我这段代码会被放在 0x7c00"，后面所有跟地址有关的计算都从这个基点算起。

注意：这一行只在代码里出现地址的时候才重要。这一篇还没有地址，所以即使写错也看不出来——它是下一篇读磁盘时的第一个雷。

mov ah, 0x0e 和 mov al, 'A'：往格子里放数

指令干活得有地方放东西。CPU 里的格子叫寄存器，这一篇只用到两个：AH 和 AL。

它俩是 AX 的两半——AX 是 16 位，可以拆成两个 8 位用，高的一半叫 AH（H = High），低的一半叫 AL（L = Low）。

这套名字不是乱码，是 Intel 定的规则：同一个家族，加宽就换前缀，拆半就加后缀。

四个宽度、四个家族，记住"加宽换前缀、拆半加后缀"这一条就全认识了。（SI、DI、SP、BP 这几个是另一类，它们没有 8 位的一半，只有 16／32／64 三种宽度，用到的时候再说。）

mov 就是 move，放数：

• mov ah, 0x0e：把 14 放进取 AH。
• mov al, 'A'：把字符 A 放进 AL。

但 CPU 不认"A"这个形状，只认数字。美国人给字母排过号，叫 ASCII，大写 A 是 65。所以 'A' 这个写法，nasm 编译时会替你换成 65——写 'A'、写 0x41、写 65，编出来是同一个东西。

回头看前面那张表：0x41 = 4×16 + 1 = 65。对上了。

int 0x10：喊 BIOS 干活

int 是 interrupt，中断。执行到它，CPU 会跳去 BIOS 的 10 号中断服务程序——一段现成的代码，BIOS 里早就写好了。

这段代码干什么，是看约定的：

所以前面那两条 mov 是在按 BIOS 的约定摆参数，int 0x10 才是真正下命令。这个约定叫调用约定，后面每一步都要跟它打交道。

jmp $：原地打转

jmp 是 jump，跳转。$ 表示"这一行自己的地址"，jmp $ 就是跳到自己头上，原地打转，永远停在这。

这句不能省。 不加的话，CPU 执行完 int 0x10 会继续往下走，一路走进后面的数据区、走出这 512 字节，跑进一片不知道是什么的内存里，行为完全不可预料。

三、为什么必须正好 512 字节

代码到 jmp $ 就完了。数一下刚才那四条指令编出来多少字节：

一共 8 个字节。

汇编是人看的写法，机器码是 CPU 读的东西。nasm 干的活就是查表翻译：每条汇编换成固定的一串字节，一条对一条，没有别的花样。规律很直白——编号加数据：

• B4 是"往 AH 放数"的编号，0E 是放进去的数
• B0 是"往 AL 放数"的编号，41 是那个 A
• CD 是"中断"的编号，10 是喊 10 号
• EB 是"跳转"的编号，FE 表示往回跳

8 字节，离 512 还差 504 个字节。而这 504 个字节不能空着——因为 BIOS 认不认这个扇区，是看末尾两个字节的。

最后两行就是干这个的：

times 510 – ($ – $$) db 0
dw 0xaa55

拆开看：

• $$ 是这一段代码的起始地址（这里就是 0x7c00）
• $ 是当前地址（写到哪算到哪）

所以 $ – $$ 就是"已经写了多少字节"。510 – ($ – $$) 就是"还差多少能凑到 510"。而 times N db 0 的意思是"把 db 0 重复 N 遍"，也就是填 N 个零。

合起来：一直填零，填到第 510 个字节为止。

然后 dw 0xaa55 写下去两个字节，正好把第 510、511 两格占满，凑出完整的 512。

0xaa55 这两个字节在磁盘上按小端存放，实际写进去的顺序是 55 AA。BIOS 读磁盘第一个扇区，只看最后两字节是不是 55 AA：

• 是 → 把这 512 字节搬到 0x7c00，跳进去执行
• 不是 → 当这里没有可启动的东西，跳过

这样两行的分工就清楚了：

• times …：撑满 512 字节，少一个字节扇区就不完整
• dw 0xaa55：贴合格证，没有它 BIOS 根本不理你

这就是"引导扇区"这四个字的全部含义：正好 512 字节，末尾必须是 55 AA，放在磁盘最开头。

四、最容易踩的三个坑

一、忘了 jmp $。 CPU 会继续往下冲进数据区，结果不可预料。这是最隐蔽的一个，因为它不是"报错"，是"跑飞"。

二、忘了 times 或者 dw 0xaa55。 少任何一个，BIOS 都不认。表现不是黑屏，而是明确告诉你找不到可启动设备——看见这句提示，先回来查这里。

三、[org] 写错。 这一篇还看不出来，下一篇一开始读磁盘，所有地址会整体错位。先记着。

五、万一没出现 A

别急着重写。先分清是文件不对还是代码不对——这是两件事，分开查快得多。

第一步：文件对不对

stat -c%s os.img

应该输出 512。不是 512，就是 times 或 dw 那两行的问题。

再看末尾两个字节：

od -A x -t x1z os.img | tail -2

0001f0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 aa >…………..U.<
000200

第一列是地址：0x1f0 是第 496 字节，往后数 14 个零正好到第 510 字节——然后 55 aa。只要最后两字节不是 55 aa，BIOS 就不会理你。

（顺便，hexdump 在一些精简的 Linux 上默认没装。od 是 coreutils 自带的，任何 Linux 上都有，所以这里用 od。想看纯十六进制可以用 od -A x -t x1 os.img | tail -2。）

第二步：QEMU 说了什么

QEMU 启动时不会一声不吭：

• 它打印了找不到启动设备之类的话 → 它没认 55 AA，回第一步。
• 它什么都没说，窗口停在那 → 它认了，问题在代码本身。

第三步：进内存看

想看更细的，把 QEMU 的监视器挂上：

qemu-system-i386 -drive format=raw,file=os.img -monitor stdio

出现 (qemu) 提示符后，依次敲：

xp/2hx 0x7dfe → 看那两格，应该是 0xaa55
xp/8xb 0x7c00 → 看我们的机器码，应该是 8 个字节
xp/4hx 0xb8000 → 看显存最开头（BIOS 的横幅）

正常的话，第一条会回：

00007dfe: 0xaa55 0x0000

第二条会回：

00007c00: 0xb4 0x0e 0xb0 0x41 0xcd 0x10 0xeb 0xfe

这 8 个字节，就是你上面那张表里的机器码，原样躺在内存里。看到这一行，说明编译没问题、加载地址也没问题。 剩下要查的就只有代码逻辑了。

最后：A 到底出现在哪

实测提示：在 QEMU 里跑，A 不在屏幕左上角。因为 BIOS 先打了自己的横幅，光标早就被推下去了，A 落在光标停住的那个位置（实测在第 8 行第 0 列，也就是贴着左边，但不是第一行）。

如果你照着"左上角"找，可能第一眼看不见。沿着最左边一列从上往下扫，更快。

六、下一段路

512 字节，8 行汇编，屏幕上一个 A。

这是你和这台机器说的第一句话。

但 512 字节实在太小——装不下一个内核，甚至装不下几句像样的话。所以下一篇只有一件事：怎么把磁盘上更多的代码读进来。这就是"两段式引导"。

路已经开了，接着走。

下一篇见。