SimpleOS — 简易 16 位操作系统

一个能在 QEMU 上运行的 16 位实模式操作系统，支持 FAT12 文件系统、RTC 时间、用户登录、TTY 终端和蓝屏 panic。专为 macOS 上的 QEMU 测试设计。

功能特性

模块	说明
引导	FAT12 引导扇区，从软盘加载内核
文件系统	FAT12 (1.44MB 软盘)，支持 ls / cat
时间	读取 RTC 实时时钟，支持 time / date
用户系统	基于 USERS.TXT 的用户认证，支持登录/登出/切换
TTY	全功能终端，支持行编辑、退格、ESC 清行
蓝屏 (BSOD)	用户执行 panic 命令或 int 0xFE 指令触发蓝屏死机
Shell	内置 14 条命令的命令行解释器

系统要求

• macOS (或 Linux)
• NASM — 汇编器
• QEMU — x86 模拟器
• Python 3 — 构建 FAT12 镜像

macOS 安装依赖

brew install nasm qemu

快速开始

# 1. 克隆/进入项目目录
cd simpleos

# 2. 构建操作系统镜像
./build.sh

# 3. 在 QEMU 中运行
./run.sh

默认用户

系统启动后会要求登录，默认账户：

用户名	密码
admin	admin
user	1234
guest	guest

用户数据存储在软盘镜像的 USERS.TXT 文件中，格式为 username:password，每行一个用户。

Shell 命令

命令	说明
help	显示所有可用命令
ls	列出软盘上的文件
cat <文件名>	显示文件内容
time	显示当前时间 (RTC)
date	显示当前日期 (RTC)
whoami	显示当前登录用户
users	列出所有用户
login	重新登录 (切换用户)
logout	登出并返回登录界面
panic	触发内核蓝屏死机 (BSOD)
clear	清屏
echo <文本>	回显文本
ver	显示系统版本
reboot	重启系统

蓝屏死机 (BSOD)

有两种方式触发蓝屏：

1. Shell 命令：输入 panic 并回车
2. 汇编指令：在用户程序中执行 int 0xFE 中断

蓝屏会显示：

• 错误标题和描述
• 触发蓝屏的用户名
• 触发时间
• STOP 错误码
• 系统停机提示

蓝屏后系统完全停机，需要重启 (QEMU 中按 Ctrl+A X 退出后重新运行)。

项目结构

simpleos/
├── src/
│   ├── boot.asm      # FAT12 引导扇区 (512 字节)
│   └── kernel.asm    # 16 位内核 (TTY/FS/RTC/用户/Shell/Panic)
├── mkfs.py           # FAT12 软盘镜像构建脚本
├── build.sh          # 一键构建脚本
├── run.sh            # QEMU 启动脚本
└── README.md         # 本文档

构建后生成：

• boot.bin — 编译后的引导扇区
• KERNEL.BIN — 编译后的内核
• simpleos.img — 可启动的 FAT12 软盘镜像
• *.lst — 汇编列表文件 (调试用)

技术细节

内存布局

地址	用途
0x0000-0x03FF	中断向量表 (IVT)
0x0500-0x7BFF	自由内存
0x7C00-0x7DFF	引导扇区 (BIOS 加载)
0x2000:0x0000	内核 (代码+数据+栈)
0x3000:0x0000	FAT 缓存 (9 扇区)
0x4000:0x0000	根目录缓存 (14 扇区)
0x5000:0x0000	文件数据缓存

中断处理

内核安装了以下中断处理程序：

• int 0x00 — 除零异常 → 蓝屏
• int 0x06 — 无效操作码 → 蓝屏
• int 0xFE — 用户 panic 指令 → 蓝屏

FAT12 文件系统

• 介质：1.44MB 3.5 寸软盘
• 每簇 1 扇区，共 2847 个可用簇
• 根目录 224 个条目
• 支持 8.3 文件名格式
• 镜像中预置文件：KERNEL.BIN, USERS.TXT, README.TXT, HELLO.TXT

QEMU 启动参数

qemu-system-i386 \
    -m 16 \
    -fda simpleos.img \
    -boot a \
    -no-reboot

• -m 16 — 16MB 内存 (16 位系统只需极少内存)
• -fda — 软盘镜像
• -boot a — 从软盘启动
• -no-reboot — 崩溃时不自动重启 (便于观察蓝屏)

调试模式

./run.sh -d

启用 GDB 调试，QEMU 等待 GDB 连接到 :1234：

gdb -ex 'target remote :1234'

扩展开发

添加新的 Shell 命令

1. 在 kernel.asm 的数据区添加命令名字符串
2. 在 shell_exec 中添加 strcmp 比较和跳转
3. 编写对应的 .do_xxx 处理子程序

添加新文件到镜像

编辑 mkfs.py 中的 files 列表，添加新的 (name, ext, data) 元组，然后重新运行 ./build.sh。

修改用户账户

编辑 mkfs.py 中的 users_data，格式为 username:password\n，然后重新构建。

许可证

MIT License — 可自由使用、修改和分发。