手写一个操作系统01

在真正打造操作系统前，有一条必经之路：你知道程序是如何运行的吗？

计算机硬件是无法直接运行 C 语言文本程序代码的，需要 C 语言编译器，把这个代码编译成具体硬件平台的二进制代码。再由具体操作系统建立进程，把这个二进制文件装进其进程的内存空间中，才能运行。

那c语言是怎么编译成可执行的二进制代码的了？

使用命令：gcc HelloWorld.c -o HelloWorld 或者 gcc ./HelloWorld.c -o ./HelloWorld ，就可以编译这段代码。其实，GCC 只是完成编译工作的驱动程序，它会根据编译流程分别调用预处理程序、编译程

序、汇编程序、链接程序来完成具体工作。

其实，我们也可以手动控制以上这个编译流程，从而留下中间文件方便研究：gcc HelloWorld.c -E -o HelloWorld.i 预处理：加入头文件，替换宏。gcc HelloWorld.c -S -c -o HelloWorld.s 编译：包含预处理，将 C 程序转换成汇编程序。gcc HelloWorld.c -c -o HelloWorld.o 汇编：包含预处理和编译，将汇编程序转换成可链接的二进制程序。gcc HelloWorld.c -o HelloWorld 链接：包含以上所有操作，将可链接的二进制程序和其它别的库链接在一起，形成可执行的程序文件。

可执行程序已经形成，那么这个程序需要装载到什么地方才能执行了？

图灵机

提出了电子计算机使用二进制数制系统和储存程序，并按照程序顺序执行，他叫冯诺依曼，他的电子计算机理论叫冯诺依曼体系结构。

把程序和数据装入到计算机中；

必须具有长期记住程序、数据的中间结果及最终运算结果；

完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理；

根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作；

能够按照要求将处理的数据结果显示给用户。

装载数据和程序的输入设备；

记住程序和数据的存储器；

完成数据加工处理的运算器；

控制程序执行的控制器；

显示处理结果的输出设备。

控制代码执行：靠地址总线寻找对应的“纸带格子”。读取写入数据由数据总线完成，而动作的控制就是控制总线的职责了。更形象地将 HelloWorld 程序装入原型计算机

怎么装进图灵机或者内存中？

我们尝试将 HelloWorld 程序装入这个原型计算机，在装入之前，我们先要搞清楚 HelloWorld 程序中有什么。我们可以通过 gcc -c -S HelloWorld 得到（只能得到其汇编代码，而不能得到二进制数据）。我们用 objdump -d HelloWorld 程序，得到 /lesson01/HelloWorld.dump，其中有很多库代码（只需关注 main 函数相关的代码）

装进去的程序是什么样子？

以上图中，分成四列：第一列为地址；第二列为十六进制，表示真正装入机器中的代码数据；第三列是对应的汇编代码；第四列是相关代码的注释。这是 x86_64 体系的代码，由此可以看出 x86 CPU 是变长指令集。

我们理清了程序运行的所有细节和原理。还有一点，你可能有点疑惑，即 printf 对应的 puts 函数，到底做了什么？而这正是我们后面的课程要探索的！

为了实现 C 语言中函数的调用和返回功能，CPU 实现了函数调用和返回指令，即上图汇编代码中的“call”，“ret”指令，请你思考一下：call 和 ret 指令在逻辑上执行的操作是怎样的呢？