Ⅰ. 부팅과 부트로더

1. 부팅과 BIOS

• 부팅(Booting): PC가 켜진 후, OS가 실행되기 전까지 수행되는 일련의 작업 과정이다.
• BIOS(Basic Input Ouput System)
  • 부팅 과정 중, 하드웨어와 관련된 작업이다.
  • 보통 PC 메인보드에 ROM이나 플래시 메모리로 존재한다.
  • 전원이 켜짐과 동시에 프로세서가 가장 먼저 실행되는 코드이다.
  • 부팅 옵션 설정이나 시스템 전반적인 설정 값을 관리하는 역할도 겸하고 있으며, 설정 값으로 시스템을 초기화하여 OS를 실행할 수 있는 환경을 만들어주는 역할이다.
  • BIOS가 제공하는 기능은 인터럽트를 통해, 사용할 수 있다.
• POST(Power On Self Test): BIOS에서 수행하는 각종 테스트나 초기화하는 작업이다.
• 부트로더
  • 부트스트랩(Bootstrap) 코드라고도 불린다.
  • BIOS에서 처음으로 제어를 넘겨받는 부분이다.
  • 플로피 디스크나 하드디스크 등 저장매체의 가장 앞부분에 존재한다.
  • PC는 디스크나 플래스 메모리 등 다양한 장치로 부팅할 수 있으며, BIOS는 POST가 완료된 후 여러 장치를 검사하여 앞부분에 부트로더가 존재하는지 확인한다.
  • 부트로더가 존재하면, 코드를 0x7C00 주소에 복사한 후, 프로세서가 0x7C00주소부터 코드를 수행하도록 한다.
  • BIOS가 부트로더를 찾지 못했다면, “Operating System Not Found”와 같은 에러 메시지를 출력하고 작업이 중단된다.
  • 부트로더가 디스크에서 메모리로 복사되어 실행되었다는 것은 BIOS에 의해 PC가 정상 구동되었음을 의미한다.

2. 부트 로더의 역할과 구성

• 부트 로더는 플로피 디스크나 하드 디스크 같은 외부 저장 매체에 존재한다.
  • 저장 매체에서 가장 첫번째 섹터 MBR(Master Boot Record)에 있는 작은 프로그램으로, 섹터(Sector)는 디스크를 구성하는 데이터의 단위로, 섹터 하나는 512byte로 구성되어 있다.
• 부트 로더의 가장 큰 역할
  • OS실행에 필요한 환경을 설정한다.
  • OS 이미지를 메모리에 복사하는 일을 수행한다.
• 부트로더는 BIOS가 가장 먼저 실행하는 프로그램으로, 크기는 512byte로 정해져 있다.
  • 부트로더의 공간제약으로 인해, 대부분 OS이미지를 메모리로 복사하고 제어를 넘겨주는 정형화된 작업이 수행된다.
• 첫번째 섹터에 부트로더가 있는지 확인하는 방법
  • 디스크를 부팅할 용도로 사용하지 않을 경우, 첫번째 섹터에는 부트로더 대신 일반데이터가 저장된다. (부트로더로 인식되어 일반데이터가 실행될 경우, 컴퓨터가 망가지는 불상사가 발생한다.)
  • BIOS의 첫번째 섹터가 부트로더일 경우, 512byte 중 가장 마지막 2byte값은 0x55, 0xAA 로 작성되어 있다.
  • 따라서, BIOS는 마지막 2byte를 통해 부트로더인지 검증하고 부트로더일 경우 실행한다.

Ⅱ. 부트 로더 제작을 위한 준비

1. MINT64 OS의 디렉토리 구조 생성

• MINT64 OS는 리얼모드, 보호모드, IA-32e모드용 코드를 나눠서 관리한다.

2. makefile 파일 생성

• make 프로그램

  • 소스파일을 이용해서 자동으로 실행파일 또는 라이브러리 파일을 만들어주는 빌드 관련 유틸리티이다.
  • make 프로그램이 빌드를 자종으로 수행하려면, 각 소스 파일의 의존 관계나 빌드 순서, 빌드 옵션 등에 대한 정보가 필요하다. ( 이러한 저장된 파일을 “makefile”이라고 한다. )

• make 문법

  • 참고: http://www.gnu.org/software/make/manual/)

  ( MINT64 OS 빌드에 필요한 기능 위주로 작성되어 있다. )

  • make 문법의 기본 형식은 Target, Dependency, Command 세부분으로 구성되어 있다.

    Target: Dependency ...
    <tab> Command
    <tab> Command
    <tab> ...
    

    • Target : 일반적으로 생성할 파일을 나타내며, 특정 레이블(Label)을 지정하여 해당 레이블과 관련된 부분만 빌드하는 것이 가능하다.
    • Dependency : Target 생성에 필요한 소스 파일이나 오브젝트 파일 등을 나타낸다.
    • Command : Dependency에 관련된 파일이 수정되면 실행할 명령을 의미한다. ( 명령창이나 터미널에서 실행할 명령 또는 프로그램을 기술한다. )
    • <tab> : 반드시 TAB 문자로 띄어야 한다.

• 예제

  • a.c 파일과 b.c 파일을 gcc로 빌드하여, output.exe를 생성하는 makefile 예제이다.

  # a.c와 b.c를 통해, output.exe 파일 생성  --> 주석
  
  all: output.exe
  
  a.o: a.c
  	gcc -c a.c
  
  b.o: b.c
  	gcc -c b.c
  
  output.exe: a.o b.o
  	gcc -o output.exe a.o b.o
  

3. MINT64용 makefile생성