Ⅰ. IA-32e 모드 커널과 메모리 맵

• IA-32e 모드 커널을 실행하기 위한 준비 작업으로, PC에 설치된 메모리가 64MB이상인지 검사하고, IA-32e 커널이 위치할 영역을 모두 0으로 초기화하는 작업을 수행한다.
• 부팅 과정을 완료하고 나서, 1MB 이상의 메모리에 정상적으로 접근이 되는지 확인하고 이를 위해 어떤 작업이 필요한지 살펴본다.

1. 1MB 이상의 메모리에 접근해야 하는 이유

• 부트 로더에 의해 커널 이미지가 메모리에 로딩되는 어드레스는 0x10000이다.
• 만약, 1MB 이하의 어드레스 중에서 비디오 메모리가 위치한 0xA0000 이하를 커널 공간을 사용한다고 가정하면, 보호 모드 커널과 IA-32e 모드 커널의 최대 크기는 (0xA0000 - 0x10000)로 576KB가 된다.
  • 커널 이미지(보호모드 커널과 IA-32e 모드 커널 포함)에는 초기화되지 않은 영역(.bss 섹션)이 포함되지 않으므로 커널 이미지의 크기로 환산하면 이보다 더 작은 크기여야 한다.
  • 커널이 별다른 기능을 하지 않는다면 문제가 되지 않지만, 이후 멀티 태스킹과 파일 시스템과 같은 기능이 추가되어 커널이 커진다면 576KB의 공간이 부족할 수 있다.
• MINT64 OS는 이런 문제를 해결하기 위해, 커널 이미지를 모두 0x10000 어드레스에 복사하되, 덩치가 큰 IA-32e 모드 커널은 2MB의 어드레스로 복사하여, 2MB ~ 6MB의 영역을 별도로 할당했다.
  • IA-32e 모드의 커널 영역은 모든 섹션을 포함하여, 총 4MB 크기가 된다.

2. IA-32e 모드 커널이 위치할 영역을 0으로 초기화 하는 이유

• 1MB 이하 공간에서 IA-32e 모드 커널 이미지를 2MB의 어드레스로 복사한다면, 초기화한 부분이 커널 이미지로 덮어써진다.
• 그럼에도 미리 초기화하는 이유는 IA-32e 커널 이미지가 초기화되지 않은 영역을 포함하고 있지 않기 때문이다.
  • 커널 이미지를 옮길 때도 이 영역은 해당되지 않으며, 이미지를 옮길 영역을 미리 0으로 초기화 하지 않는다면 어떤 임의의 값이 들어 있을 것이다.
  • 이러한 상황에서 IA-32e 모드 커널이 실행되면 0이 아닌 값으로 설정되어 잘못된 조건문이 실행되는 등의 문제가 발생할 수 있다.

Ⅱ. IA-32e 모드 커널을 위한 메모리 초기화

• IA-32e 모드 커널이 위치할 영역을 초기화하는 방법을 알아본다.
• 커널 영역을 초기화하는 코드를 추가하여 빌드한 뒤, OS 실행했을 때 발생하는 문제와 원인에 대해 알아본다.

1. 메모리 초기화 기능 추가

• 1MB ~ 6MB 영역까지 0으로 초기화하는 기능을 C 코드로 구현한다.

  • 1MB ~ 6MB 영역은 IA-32e 모드 커널이 위치할 곳은 아니지만, IA-32e 모드 커널을 위한 자료구조가 위치할 영역이니 같이 초기화를 진행한다.

• (1.Kernel32/Source) 위치의 Main.c 파일에 초기화를 수행하는 kInitializeKernel64Address( )함수를 추가해준다.

  • kInitializeKernel64Address( )함수는 루프를 수행하며, 0x100000(1MB) ~ 0x600000(6MB) 영역을 모두 0으로 채우는 단순한 코드이다.

  #include "Types.h"
  
  void kPrintString (int iX, int iY, const char* pcString);
  BOOL kInitializeKernel64Area( void );
  
  //Main 함수
  void Main(void){
      DWORD i;
  
      kPrintString( 0, 3, "C Language Kernel Started~!!!");
  
      // IA-32e 모드의 커널 영역을 초기화
      kInitializeKernel64Area();
      kPrintString(0, 4, "IA-32e Kernel Area Initialization Complete");
  
      while(1);
  }
  
  ``` 생략 ```
  
  // IA-32e 모드용 커널 영역을 0으로 초기화
  BOOL kInitializeKernel64Area( void ){
      
      DWORD* pdwCurrentAddress;
  
      // 초기화를 시작할 어드레스인 0x100000(1MB)을 설정
      pdwCurrentAddress = (DWORD*) 0x100000;
  
      // 마지막 어드레스인 0x600000(6MB)까지 루프를 돌면서 4byte씩 0으로 채움
      while((DWORD) pdwCurrentAddress < 0x600000){
          *pdwCurrentAddress = 0x00;
  
          // 0으로 저장한 후 다시 읽었을 때, 0이 나오지 않으면 해당 어드레스를 사용하는데
          // 문제가 생긴 것이므로 더이상 진행하지 않고 종료
          if( *pdwCurrentAddress != 0 ){
              return FALSE;
          }
  
          // 다음 어드레스로 이동
          pdwCurrentAddress++;
      }
      return TRUE;
  }