C/C++
英文原文：
Writing a 16-bit dummy kernel in C/C++
前言
在前一篇文档，我只是简要地介绍了如何编写引导装载程序。做这件事令人开心，同时也具有挑战性。我非常乐意做这件事。在我了解了如何编写引导装载程序后，我想编写更好的功能，比如向引导装载程序中嵌入更多功能。然而，这么做的话引导装载程序的大小就会逐渐地增长，会超出512个字节。这样，每次从引导盘重新启动系统的时候，我都可以看到这样的错误提示：“这张盘不是系统引导盘”。
这篇文档的描述范围
我将在这篇文档简要介绍引导装载程序所在的文件系统的重要性，然后再编写一个虚拟内核，这个虚拟内核除了以文本的形式提示用户输入之外再没有其他功能。为什么我要把引导程序存储在FAT格式的软盘呢？这么做能给我带来哪些好处呢？由于这篇文章太短无法详细的说明文件系统，所以我将尽可能简短地说明文件系统内容。
基本说明
如果你之前有任何编程语言的经验，那么这篇文章将会给你提供一些帮助。虽然这篇文章是一个简单的介绍，但是使用C或者汇编写引导程序仍旧是一个艰巨的任务。如果你是一个写程序的新手，那么我建议你读一下如何写程序以及介绍电脑的基本知识的教程，然后你再来阅读这篇文章。
通过这篇文章，我将向你介绍各种与电脑有关的问题和回答的相关术语。坦白说，我写下这篇文章就好像我正在介绍这篇文章给我自己。所以许多的问题和回答尽力做到像谈话的方式，以便在我每天生活之中就能够明白它的重要与目的。例如：计算机是什么意思？或者为什么我需要它们因为我比它们更聪明？
你可以翻阅我之前的文章以便学习如何使用汇编和C写一个boot-loader。
这里是一些链接：
http://www.codeproject.com/Articles/664165/Writing-a-boot-loader-in-Assembly-and-C-Part
http://www.codeproject.com/Articles/668422/Writing-a-boot-loader-in-Assembly-and-C-Part
如何组织内容？
这是这篇文章的主题。
Boot-loader 限制
从boot-loader调用磁盘上的文件
FAT 文件系统
FAT 工作流程
写一个 FAT boot-loader
写一个16-bit的虚拟内核
其它翻译版本 (1)
加载中
Boot-loader 限制
在以前的文章中，我试图编写 boot-loader，在打印出一些带颜色的矩形后，我想在其中嵌入更多的功能。但是，对我而言，512 字节是个极大的限制，无法更改 boot-loader 的代码来做更多的事情。。。
挑战如下：
我如何来处理上述问题？
简述如下。
第 1 部分:
第 2 部分:
在我们的 boot-loader 中，所有我们能做的是 加载 启动盘的第二扇区（kernel.bin）到内存的 0x1000 地址处，然后从 0x7c00 跳转到 0x1000 地址处，开始执行 kernel.bin 文件。
下图供您参考，可以了解一下。
从 bootloader 调用磁盘上的其它文件
之前，我们逐渐意识到，我们可以从 bootloader（0x7c00地址）将控制跳转到其它地方，如磁盘文件 kernel.bin 加载到内存中的地址，然后继续执行。但我心中还有几个疑问。
你知道kernel.bin在磁盘上占用多少扇区吗？
这很容易。我们要做的是以下这些
1扇区=512bytes
因此，如果kernel.bin的大小是512 bytes，它将占用1个扇区，如果是1024 bytes，那么它将占用两个扇区，等等...
现在，指针是建立在kernel.bin文件大小的基础上，在boot-loader中，你必须硬编码一定数量的扇区以便读取kernel.bin文件(译者注：所谓的硬编码指指将可变变量用一个固定值来代替的方法，但是采用这种方式之后，如果以后需要更改此变量就非常困难了，比如 if(a==2)就是硬编码，而 if(a==b)就不是硬编码)
考虑到将来，你想要通过频繁的更新内核来升级内核，你必须在引导中写个小笔记纪录kenrl.bin文件的占用扇区，否则内核会崩溃。
你是否想过想要加入更多除了kernel.bin的文件,比如 添加office.bin,entertainment.bin,drivers.bin到你内核中?
在某种程度上是这样的，你要做的就是添加一个一个的文件到你软盘中，在这个过程中，你必须保证在引导盘中，每个文件都在其正确的位置，而且每个文件都会占据一定的扇区或者很多扇区。
但有点我想要你注意，系统将会变得越来越复杂，但我非常喜欢这样做。
你是怎么知道添加到boot-sector的一个一个文件是你需要的？
我们做的是从boot-loader加载各自的扇区程序到内存中然后开始执行它。但是这非常的不完美，一些东西将会丢失。
丢失了什么?
我认为boot-loader盲目地加载扇区的一个一个程序文件，然后执行文件。但即使在boot-loader尝试加载文件到内存之前，应该要检查文件是否存在在引导盘中。
会发生什么如果我错误的复制一个错误的文件到两个扇区到boot-loader中，然后更新boot-loader，之后运行它?
我的系统仅仅会崩溃，我的用户会抛弃我的系统，因为这不是他们想要的结果。所以，在这种情况下我们需要在引导盘中有固定的位置，所有的文件写成书中的索引。
我的boot-loader会执行软盘中索引以便寻找文件，如果文件名在索引中被列出来的话，然后继续加载文件到内存中。
哇!!! 这非常的棒，它为我节省了大量的步骤。
这回避免一些问题，因为早期的boot-loader常常盲目地加载扇区程序，然后硬编码它。
为什么你要加载这个文件，如果你不知道文件是否被正确加载？
怎样解决？
我们所需要做的是在磁盘上组织上面所列的信息，之后开始组织这些数据，并重新编写 boot-loader，以便它可以真正有效的加载文件。
这种大规模组织数据的方式被认为是文件系统。存在许多类型的文件系统，不管是商业的还是免费的。我在下面列出其中的一些。
FAT
FAT16
FAT32
NTFS
EXT
EXT2
EXT3
EXT4
FAT 文件系统
在我介绍文件系统前，有些技术点是你需要知道的。
在 FAT 文件系统中，一个簇占据了一个扇区，一个扇区在存储介质上占用了 512 字节。所以，在用 FAT 格式化过的磁盘上，1个簇等于1个扇区。
在 FAT 文件系统上，簇和扇区是最小的单位。
为了方便使用，FAT 文件系统被划分为四大部分，如下所示。
我尽可能以图片的形式展示给你，以便更好的理解它。
现在让我们简单描述一下每个部分。
其它翻译版本 (1)
加载中
引导扇区(Boot Sector)：
在 FAT 格式的磁盘上，引导扇区中写有与 FAT 相关的信息；因此每次磁盘加载到系统时，操作系统都能自动获取到它的文件系统信息。
操作系统读取 FAT 格式磁盘的引导扇区，解析出所需信息，然后识别出文件系统的类型，据此读取文件内容。
写在引导扇区中的 FAT 文件系统信息称为启动参数块(Boot Parameter Block)。
启动参数块：
让我来带您看看，引导扇区的启动参数块里都有哪些值吧：
文件分配表(FAT表)：
文件分配表实际是一个单链表，结点中存有文件的下一个簇值(cluster value)。
FAT 中的簇值有两种用途。
注：
我在图中提到了两张 FAT 表，表1和表2。你需要记住的就是，一张表是另一张表的拷贝。一旦一张表的数据丢失或损坏，另一张表的数据可以作为备份。这就是使用两张表而不是一张表的唯一原因。
根目录(Root Directory)：
根目录可以看作磁盘上所有文件名的索引。所以 bootloader 会从根目录中查找文件名，如果能找到，就能从根目录中得到文件的第一个簇，并据此加载数据。
bootloader 从根目录中找到文件的第一个簇之后，会从 FAT 表中查找文件的下一个簇，直至达到文件末尾EOF。
数据区：
这是实际存放文件数据的区域。
一旦程序能识别相应的扇区，就可以从数据区中提取出文件的数据。
FAT 流程图
举个例子，假设 boot-loader 需要把 kernel.bin 文件加载到内存中，然后运行。要完成这个任务，我们只需为 boot-loader 编写以下的功能。
将根目录表中，从偏移量为0的位置开始的前11字节数据与 "kernel.bin" 这个字符串相比较。
如果能匹配这个字符串，则从根目录表中偏移量为26的位置提取 "kernel.bin" 文件的第一个簇。
现在我们已经得到 "kernel.bin" 文件的起始簇了。
只需将簇值转化为对应的扇区，然后把数据加载入内存。
在找到 "kernel.bin" 文件的第一个扇区并载入内存后，再从文件分配表(FAT表)中查找文件的下一个簇，检查是否还有剩余数据，或是已经到达文件末尾。
整个流程可以参考下图。
本文中的所有译文仅用于学习和交流目的，转载请务必注明文章译者、出处、和本文链接。
2KB翻译工作遵照
CC 协议，如果我们的工作有侵犯到您的权益，请及时联系我们。
2KB项目（www.2kb.com，源码交易平台）,提供担保交易、源码交易、虚拟商品、在家创业、在线创业、任务交易、网站设计、软件设计、网络兼职、站长交易、域名交易、链接买卖、网站交易、广告买卖、站长培训、建站美工等服务
