适配GRUB Multiboot 规范笔记（一）

前言

用通用的GRUB/GRUB2来引导操作系统，可以跳过编写boot loader的步骤，达到简化编程的目的。还可以使得操作系统通用，不用烧写U盘等操作，只需要添加对Multiboot的支持即可。从上电到BIOS，再到搬移kernel.bin到1M地址等操作可以参阅作者的书籍。

说明

本次编译的东西只是基础deamon版本，并未支持64位环境。编译所用的都是32位elf文件，multiboot对32位elf支持较好。后面再记录引导64位OS的方法。

一、选择GRUB版本

要想使用GURB/GURB2引导系统，得遵循GURB的Multiboot/Multiboot2的规范（specification）。查阅了官方文档Multiboot和Multiboot2之后，发现GRUB2版本设计的版本功能更强大，支持直接到IA-32模式，对于学习操作系统来说，这部分工作还是手动实现，能学到更多；还支持UEFI规范的一些操作，为了减轻复杂性，暂时选择Multiboot规范（legacy）。

二、如何启动自己的elf

grub2中直接提供了multiboot和multiboot2命令，可分别用于引导符合multiboot v1规范和multiboot v2规范的内核。下面做个示例：

menuentry 'grub test' --class gnu --class os {
        load_video
        insmod gzio
   #    insmod part_msdos
   #    insmod xfs
   #    set root='hd0,msdos1'
        echo 'loading kernel.elf'
        multiboot /kernel.elf
}

Note: #注释的部分，每个主机都不同，具体多少可以参考系统中其它menuentry。

二、Multiboot Specification

对于GRUB这种通用的boot loader来说，与OS之间交互的主要设计实现接口有三，如下：

• The format of an OS image as seen by a boot loader.
• The state of a machine when a boot loader starts an operating system.
• The format of information passed by a boot loader to an operating system.

下面只记录最关键的部分，官方文档中对数据结构的定义做了很多说明，此处不再累述。详细信息查阅官方手册Multiboot。

三、编写程序

官网所给的例程比较详细的说明了如何让自己的OS兼容Multiboot Specification,可以先理解，再拿来使用，测试。具体内容参见官方的：
4.3 Example OS code

四、链接脚本

下面给个简单示例，可自由发挥：

OUTPUT_FORMAT("elf32-i386")
OUTPUT_ARCH(i386)
ENTRY(_start)
SCTIONS
{
    . = 0x00100000;

    .text ALIGN (0x1000) :
    {
        *(.text)
    }

    .rodata ALIGN (0x1000) :
    {
        *(.rodata*)
    }

    .data ALIGN (0x1000) :
    {
        *(.data)
    }

    .bss :
    {
        sbss = .;
        *(COMMON)
        *(.bss)
        ebss = .;
    }
}

五、编译

笔者曾经尝试过很多中办法，因为grub老是提示无法找到Header，要么就是Magic Number不对，尝试过很多办法都无解。后来搜索和gcc编译相关的资料，发现了可能是编译参数未指定，导致编译出来的无法被grub识别。下面给出测试过的可以通过multiboot引导的编译参数：

gcc -m32 -march=i386 -I. -Wall -Wextra -fno-builtin -nostdlib  -nostartfiles -nodefaultlibs ...
ld -m elf_i386 ...

Note: 下面对几个重要的参数做说明

参数	含义
-nostartfiles	指定入口函数
-nodefaultlibs	不使用默认库文件
-nostdlib	不使用标准库函数
fno-builtin	不使用gcc的内建函数

六、结果

本次在虚拟机中模拟multiboot环境，可以使用，最后显示一条45°的斜线(cmain函数中最后一个功能)，效果如下图：

效果图