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用 GAS 写一个极简 16 位 DOS 系统——从 boot sector 到 shell

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风吟-X

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发表于 2026-5-23 00:50:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
用 GAS 写一个极简 16 位 DOS 系统——从 boot sector 到 shell



动手写了一个超级精简的 DOS 内核，用 AT&T 语法（GAS）从头搞起，不依赖任何现成的操作系统。分享一下实现思路和关键代码。



需要什么工具

  • GCC 工具链——as（汇编器）、ld（链接器）
  • qemu——测试用
  • dd——写镜像
  • DOSBox——可选，方便调 .com 文件


  1. sudo apt-get install build-essential qemu-system-x86 dosbox
复制代码




第一步：先写个能跑起来的 boot sector

boot sector 是 BIOS 启动时加载的第一个 512 字节。BIOS 把它读进内存地址
  1. 0x7C00
复制代码
，然后跳过去执行。最后两个字节必须是
  1. 0x55 0xAA
复制代码
。

这里用 GAS 的
  1. .code16
复制代码
指令告诉汇编器生成 16 位实模式代码：

  1. .code16
  2. .section .text
  3. .globl _start

  5. _start:
  6.     movw $0x7C00, %sp
  7.     movw $0xB800, %ax
  8.     movw %ax, %es

  10.     // 在屏幕左上角打印一个 'A'
  11.     movw $0x1E41, %ax
  12.     movw %ax, %es:(0)

  14.     // 死循环
  15. idle:
  16.     hlt
  17.     jmp idle

  19. // 填充到 510 字节，加上启动签名
  20. .org 510
  21. .word 0xAA55
复制代码


编译和链接：

  1. as -o boot.o boot.s
  2. ld --oformat binary -Ttext 0x7C00 -o boot.bin boot.o
  3. dd if=/dev/zero of=floppy.img bs=512 count=2880
  4. dd if=boot.bin of=floppy.img conv=notrunc
  5. qemu-system-x86_64 -fda floppy.img
复制代码


如果看到屏幕左上角出现一个蓝底黄字的 'A'，说明成了。



第二步：加上简单的打印函数

用 BIOS 中断
  1. int 0x10
复制代码
的 0x0E 功能号，逐字符输出：

  1. .code16
  2. .section .text
  3. .globl _start

  5. _start:
  6.     movw $0x7C00, %sp
  7.     movw $msg, %si
  8.     call puts

  10. idle:
  11.     hlt
  12.     jmp idle

  14. // 打印以0结尾的字符串
  15. // si = 字符串地址
  16. puts:
  17.     movb (%si), %al
  18.     cmpb $0, %al
  19.     je puts_end
  20.     movb $0x0E, %ah
  21.     int $0x10
  22.     incw %si
  23.     jmp puts
  24. puts_end:
  25.     ret

  27. msg:
  28.     .asciz "Hello from GAS DOS!"
  29. .org 510
  30. .word 0xAA55
复制代码




第三步：实现一个最简单的命令行

这里通过 BIOS 的
  1. int 0x16
复制代码
功能 0x00 读取键盘输入，实现了一个可交互的 shell：

  1. .code16
  2. .section .text
  3. .globl _start

  5. .equ BUF_SIZE, 64

  7. _start:
  8.     movw $0x7C00, %sp
  9.     movw $prompt, %si
  10.     call puts

  12. main_loop:
  13.     // 显示提示符
  14.     movw $prompt, %si
  15.     call puts

  17.     // 读一行输入
  18.     movw $cmd_buf, %di
  19.     movw $BUF_SIZE, %cx
  20.     call readline

  22.     // 换行
  23.     movb $0x0D, %al
  24.     movb $0x0E, %ah
  25.     int $0x10
  26.     movb $0x0A, %al
  27.     int $0x10

  29.     // 检查命令
  30.     movw $cmd_buf, %si
  31.     movw $cmd_help, %di
  32.     call strcmp
  33.     jc cmd_help_handler

  35.     movw $cmd_buf, %si
  36.     movw $cmd_ver, %di
  37.     call strcmp
  38.     jc cmd_ver_handler

  40.     // 未知命令
  41.     movw $unknown, %si
  42.     call puts
  43.     jmp main_loop

  45. cmd_help_handler:
  46.     movw $help_text, %si
  47.     call puts
  48.     jmp main_loop

  50. cmd_ver_handler:
  51.     movw $ver_text, %si
  52.     call puts
  53.     jmp main_loop

  55. // === 子函数 ===

  57. // 读取一行到 di 指向的缓冲区，最多 cx 字节
  58. readline:
  59.     pushw %ax
  60.     pushw %di
  61. rl_loop:
  62.     movb $0x00, %ah
  63.     int $0x16        // 读键盘
  64.     cmpb $0x0D, %al  // 回车？
  65.     je rl_done
  66.     cmpb $0x08, %al  // 退格？
  67.     je rl_backspace
  68.     // 回显
  69.     movb $0x0E, %ah
  70.     int $0x10
  71.     stosb            // 存到缓冲区
  72.     loop rl_loop
  73. rl_done:
  74.     movb $0, (%di)   // 字符串结尾
  75.     popw %di
  76.     popw %ax
  77.     ret
  78. rl_backspace:
  79.     cmpw %di, %sp    // 简单防护
  80.     je rl_loop
  81.     decw %di
  82.     movb $0x08, %al
  83.     movb $0x0E, %ah
  84.     int $0x10
  85.     movb $0x20, %al  // 空格擦除
  86.     int $0x10
  87.     movb $0x08, %al
  88.     int $0x10
  89.     incw %cx
  90.     jmp rl_loop

  92. // 比较 si 和 di 指向的两个字符串，相等则 CF=1
  93. strcmp:
  94.     pushw %ax
  95. sc_loop:
  96.     movb (%si), %al
  97.     cmpb (%di), %al
  98.     jne sc_ne
  99.     cmpb $0, %al
  100.     je sc_eq
  101.     incw %si
  102.     incw %di
  103.     jmp sc_loop
  104. sc_eq:
  105.     stc
  106.     popw %ax
  107.     ret
  108. sc_ne:
  109.     clc
  110.     popw %ax
  111.     ret

  113. // 打印字符串（复用之前的）
  114. puts:
  115.     pushw %ax
  116.     pushw %si
  117. ps_loop:
  118.     movb (%si), %al
  119.     cmpb $0, %al
  120.     je ps_done
  121.     movb $0x0E, %ah
  122.     int $0x10
  123.     incw %si
  124.     jmp ps_loop
  125. ps_done:
  126.     popw %si
  127.     popw %ax
  128.     ret

  130. // === 数据 ===
  131. prompt:
  132.     .asciz "\r\nGAS-DOS> "
  133. cmd_help:
  134.     .asciz "help"
  135. cmd_ver:
  136.     .asciz "ver"
  137. help_text:
  138.     .asciz "Commands: help, ver"
  139. ver_text:
  140.     .asciz "GAS-DOS v0.1 - 16-bit Real Mode"
  141. unknown:
  142.     .asciz "Unknown command. Type 'help'."

  144. .org 0x100
  145. cmd_buf:
  146.     .space BUF_SIZE

  148. .org 510
  149. .word 0xAA55
复制代码




编译与测试

  1. as -o kernel.o kernel.s
  2. ld --oformat binary -Ttext 0x7C00 -o kernel.bin kernel.o
  3. dd if=/dev/zero of=dos.img bs=512 count=2880
  4. dd if=kernel.bin of=dos.img conv=notrunc
  5. qemu-system-x86_64 -fda dos.img
复制代码




还能往哪里扩展

上面这套只是一个骨架，但基础上可以继续加东西：

  • loader 把内核从磁盘读到内存（用 int 0x13），突破 512 字节限制
  • 文件系统支持（FAT12 起步）
  • 中断向量表重定向，接管 int 0x21
  • 加载和执行外部 .com 程序
  • A20 地址线打开 + 切到保护模式




这套代码在 qemu 和真实硬件上都跑过。启动后能看到 GAS-DOS> 提示符，输入 help 和 ver 能用。虽然离正经 DOS 差了十万八千里，但自己写的东西在屏幕上打出字来，那个感觉还是很不一样的。




风吟-X 原创于 2026.05.23 | 手写内核系列
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