在现代操作系统主导的时代，重温 DOS 的底层实现具有重要的教育意义。通过 x86 汇编语言，我们可以工程化一个最小 DOS 克隆，聚焦于引导加载器、基于中断的输入输出处理，以及一个简易文件系统。这种方法不仅揭示了早期操作系统的核心机制，还为理解硬件抽象层提供了实践基础。本文将从观点出发，结合证据，逐步给出可落地的参数和清单，帮助开发者从零构建这样一个系统。
首先，观点在于：最小引导加载器是 DOS 克隆的入口，它必须在 512 字节限制内完成硬件初始化和内核加载。证据显示，BIOS 将引导扇区加载到内存地址 0x7C00 处，并检查末尾两个字节是否为 0xAA55 作为有效标志。如果不符合，系统将无法启动。这种设计源于 x86 实模式的限制，确保引导代码高效且独立。实际工程中，使用 NASM 汇编器编译时，需指定 org 0x7C00 和 bits 16 来匹配实模式环境。
可落地参数清单：
- 内存地址：org 0x7C00，确保代码从 BIOS 加载点开始。
- 模式设置：bits 16，启用 16 位实模式寄存器操作。
- 结束标志：times 510 - ($ - $$) db 0 后跟 dw 0xAA55，填充至 510 字节并添加魔法数。
- 编译命令：nasm -f bin bootloader.asm -o bootloader.bin，使用 QEMU 测试：qemu-system-i386 -fda bootloader.bin。
- 风险控制：代码大小不超过 510 字节，避免溢出导致未初始化内存执行；添加 cli 和 hlt 指令防止意外中断。
引导加载器完成后，下一步是实现中断驱动的 I/O，这是 DOS 中处理用户交互的核心。观点强调，依赖 BIOS 中断而非直接硬件端口访问，能简化代码并提高兼容性。证据来自 x86 架构的 BIOS 服务：视频输出使用 int 0x10（AH=0x0E 打印字符），键盘输入使用 int 0x16（AH=0x00 读取键码）。在 DOS 克隆中，这些中断模拟了命令提示符的回显和输入捕获，避免了复杂的中断描述符表（IDT）设置，因为实模式下中断向量直接从 0x00 处映射。
工程实践参数：
- 视频中断：mov ah, 0x0E; int 0x10，实现字符打印；参数 AL 为字符，BH 为页码（通常 0）。
- 键盘中断：mov ah, 0x00; int 0x16，读取扫描码到 AH，ASCII 到 AL；超时阈值设为 1 秒，避免阻塞。
- 光标管理：int 0x10 AH=0x02，DH/DL 为行 / 列位置，更新后调用 AH=0x0E 刷新显示。
- 缓冲区：分配 256 字节栈空间（mov ss, ax; mov sp, 0x7C00），存储输入字符串；回车键（0x0D）触发解析。
- 监控点：使用 jmp $ 循环挂起，添加错误检查如 CF 标志（int 后检查进位标志，若设则重试中断）。
中断 I/O 的完善为文件系统铺平道路。观点是：一个简单文件系统足以支持 DOS 克隆的基本程序加载，无需完整 FAT12 的复杂性。证据表明，DOS 使用 FAT 文件系统，但最小实现可自定义目录结构：根目录固定在扇区 2-10，每项 32 字节（文件名 11 字节 + 起始簇 + 大小）。通过 int 0x13 读取扇区（AH=0x02），加载指定文件到内存 0x1000 处执行。这种方法在早期 OS 开发中常见，如加载.COM 文件（纯段重定位）。
可操作清单：
- 磁盘参数：mov dl, 0（A 盘）；mov ch, 0（磁道 0）；mov dh, 0（磁头 0）；mov cl, 2（起始扇区 2）；mov al, 1（读 1 扇区）。
- 文件头格式：固定偏移 0x36 处存放根目录；每个文件条目：前 8 字节文件名，后 3 字节扩展名，0x1C 起始簇（2 字节），0x1E 大小（4 字节）。
- 加载流程：解析命令如 “RUN PROG.COM”，查找文件名，计算簇链（简单线性：簇 N = 扇区 N*2），使用 int 0x13 AH=0x02 读入 ES:BX（设 ES=0x1000, BX=0）。
- 簇大小：设为 1 扇区（512 字节），支持最大 64KB 文件；FAT 表模拟在内存 0x5000，初始化为 0xFF 表示空闲。
- 回滚策略：读失败（CF=1）时，重置驱动器（AH=0x00 int 0x13），重试 3 次；超时设为 5 秒（循环检查状态端口 0x1F7 BSY 位）。
整合以上组件，一个 DOS 克隆的运行流程为：BIOS 加载引导扇区→初始化中断向量（可选重定向 int 0x16 到自定义 handler）→显示提示符 “DOS>”→处理输入→加载并跳转到程序入口（0x1000）。这种设计支持基本命令如 DIR（列出根目录）和 TYPE（显示文件内容），模拟 DOS shell。
在实际开发中，测试环境至关重要。使用 Bochs 或 QEMU 模拟 x86 硬件，避免真实机风险。参数包括：-enable-a20（启用 A20 线，访问 > 1MB 内存）；-boot a（从软盘启动）。调试时，GDB 连接 QEMU（-s -S 选项），设置断点于 0x7C00 观察寄存器变化。
最后，扩展潜力在于切换到保护模式（使用 GDT），但最小克隆保持实模式以简化。整个系统代码约 2KB，可扩展到支持多任务（简单轮询）。
资料来源：
- OSDev Wiki: x86 Bootloader Development。
- 示例代码参考自 NASM bootloader 教程和 BIOS 中断手册。
（字数：1024）