背景

最近在學習操作系統，需要從零開始搭建系統，由于教程中給的虛擬機搭建的方式感覺還是過于重量級，因此研究了一下通過 qemu 模擬器，配合 grub 完成啟動系統的搭建。

qemu 介紹

qemu 是一款十分優秀的系統模擬器，可以用于模擬各種CPU架構硬件。你可以在 x86平臺上模擬出 arm 架構的 CPU并在其上運行程序，也可以反過來。總而言之，通過 qemu 可以忽略平臺間的架構差異，完成硬件模擬。

grub 介紹

grub 是一個開源的系統啟動器，用于對計算機進行初始化并引導至操作系統。

操作步驟

整個操作是在 wsl2 中執行的,需要提前安裝一些軟件:

sudo apt install -y qemu-system-x86 qemu-utils grub2

以下命令需要在 root 權限下執行，如果由于權限問題無法執行可以通過在前面加 sudo執行

1. 使用 dd 創建一塊虛擬硬盤

dd 命令在 linux 系統中主要用于創建文件如：

# 創建一個 file.bin 的空文件，寫入塊大小為 512字節，共2M
dd bs=512 count=20000 if=/dev/zero of=file.bin
# 創建一個隨機文件
dd bs=512 count=20000 if=/dev/random of=file.bin

這里使用該命令創建了一個 raw 類型的虛擬磁盤，qemu 可以直接使用這種類型的虛擬磁盤。

# 創建了一個虛擬磁盤文件，其實就是一個全是0 的空文件
dd bs=512 count=102400 if=/dev/zero of=hd.img
# bs=512 單次寫入 512字節
# count=102400 共寫入 102400次，合計 50MB
# if=/dev/zero 寫入源為 zero
# of=hd.img 指定輸出文件名稱

然后通過 losetup -f 將這個虛擬硬盤文件關聯為回環設備：

losetup -f hd.img
# -f 隨機找一個空閑的回環設備，并將 hd.img 附加到上面
losetup -a
/dev/loop0: [2080]:409 (/root/hd.img)
# 這里可以看到我們剛剛創建的虛擬硬盤文件被附加到了 /dev/loop0 這個回環設備上了
# 可以通過 losetup -D 移除關聯

通過 mkfs.ext4 將我們剛剛創建的的虛擬硬盤文件格式化為 ext4 磁盤文件系統類型

mkfs.ext4 hd.img

掛載我們剛剛初始化好的文件系統到當前系統上：

mkdir hdisk && mount hd.img hdisk
# 創建 hdisk 文件夾，并將 hd.img 虛擬硬盤掛載到這個文件夾上

到這里準備工作就完成了，現在我們為虛擬硬盤安裝 grub：

grub-install --boot-directory=./hdisk/boot --no-floppy --force /dev/loop0
# --boot-directory 指定啟動目錄
# --no-floppy 設置沒有軟盤
# --force 只要沒有發生錯誤，就繼續寫入,如果不指定 --force 可能會安裝報錯
# /dev/loop0 指定寫入的磁盤文件，這里填剛剛通過 losetup -a 查詢到的關聯的回環設備文件

現在我們已經可以通過 qemu 啟動這塊硬盤了，雖然啟動后直接是進入到 grub 界面：

qemu-system-x86_64 -hda hd.img
#  qemu-system-x86_64 -drive file=hd.img,index=0,media=disk,format=raw 與上面命令效果一樣

當然這只是一個空界面，你可以用 grub 的一些命令做一些初步的操作

insmod part_msdos #GRUB加載分區模塊識別分區
insmod ext2 #GRUB加載ext文件系統模塊識別ext文件系統
set root='hd0' #注意boot目錄掛載的分區，這是我機器上的情況
multiboot2 /boot/HelloOS.bin #GRUB以multiboot2協議加載HelloOS.bin
boot #GRUB啟動HelloOS.bin

如果想要重復練習上面的過程,可以在關閉 qemu 窗口后,接觸對虛擬硬盤的關聯:

umount hdisk
# 接觸 hdisk 目錄與 hd.img 的關聯

然后接觸 hd.img 與本地回環設備的關聯:

losetup -D
# 移除所有關聯的本地回環設備
losetup -a
# 查看是否已經解除關聯

最后刪除掉當前目錄中的 hd.img 和 hdisk 目錄.重新操作即可.

內核加載部分不做介紹.

參考資料

• 02 | 幾行匯編幾行C：實現一個最簡單的內核
• grub命令 – 交互式的管理GRUB引導程序
  原文鏈接：https://www.linuxcool.com/grub