Multiboot

Aus Lowlevel

Multiboot ist ein Standard um Betriebssystemen eine einheitliche Startumgebung zu gewährleisten. Ein sehr bekannter Multiboot-Bootloader ist GRUB.

Ausgangsstatus

Unmittelbar nachdem die Kontrolle von GRUB an den Kernel übergeben wurde, sind folgende Zustände festgesetzt:

EAX	Beinhaltet magicnumber 0x2BADB002
EBX	Pointer zur Multiboot-Structure
CS	Ein Codesegment mit der Basisadresse 0 und der Größe 0xFFFFFFFF
DS	Ein Datensegment mit der Basisaddresse 0 und der Größe 0xFFFFFFFF
ES	Ein Datensegment mit der Basisaddresse 0 und der Größe 0xFFFFFFFF
FS	Ein Datensegment mit der Basisaddresse 0 und der Größe 0xFFFFFFFF
GS	Ein Datensegment mit der Basisaddresse 0 und der Größe 0xFFFFFFFF
SS	Ein Datensegment mit der Basisaddresse 0 und der Größe 0xFFFFFFFF
A20 Gate	A20 Gate ist enabled
CR0	Bit 31 (PG) ist zurückgesetzt. Bit 0 (PE) ist gesetzt. Alle anderen Bits sind undefiniert.
EFLAGS	Bit 17 (VM) und Bit 9 (IF) ist zurückgesetzt. Alle anderen Bits sind undefiniert.

Multiboot-Header

Der Multiboot-Header sollte in den ersten 8192 Bytes des OS-Images liegen. Der Multiboot-Header sieht folgendermaßen aus:

Offset	Größe	Inhalt	Anwesend wenn mbh_flags[X] gesetzt
0x00	4	mbh_magic	immer
0x04	4	mbh_flags	immer
0x08	4	mbh_checksum	immer
0x0C	4	mbh_header_addr	16
0x10	4	mbh_load_addr	16
0x14	4	mbh_load_end_addr	16
0x18	4	mbh_bss_end_addr	16
0x1C	4	mbh_entry_addr	16
0x20	4	mbh_mode_type	2
0x24	4	mbh_mode_width	2
0x28	4	mbh_mode_height	2
0x2C	4	mbh_mode_depth	2

mbh_magic

Dient GRUB zum Finden des Multiboot-Headers. Muss 0x1BADB002 sein.

mbh_flags

Bits 0-15 sind Flags die unbedingt benötigt werden. Wenn der Bootloader eines dieser Flags nicht kennt, bricht er den Bootvorgang ab. Bits 16-31 sind optionale Flags. Es gibt die folgenden Flags

Bit	Auswirkung
0	Module werden 4k-aligned geladen
1	Ermittelt mbs_mem_lower und mbs_mem_upper. Wenn möglich auch mbs_mmap_length und mbs_mmap_addr
16	Informationen über das OS-Image werden aus den Feldern 0x0C-0x1C des Multiboot-Headers entnommen.

mbh_checksum

Ein u32-Wert der Zusammen mit mbh_magic und mbh_flags 0 ergeben soll. Man kann ihn so berechnen:

-(mbh_magic + mbh_flags)

Multiboot-Structure

Die Multiboot-Structure beinhaltet Informationen, die vom Bootloader vorher ausgelesen wurden. Die Adresse der Multiboot-Structure ist unmittelbar nach dem Starten des Kernels in EBX gespeichert.

Offset	Größe	Inhalt	Anwesend wenn mbs_flags[X] gesetzt
0x00	4	mbs_flags	immer
0x04	4	mbs_mem_lower	0
0x08	4	mbs_mem_upper	0
0x0C	4	mbs_bootdevice	1
0x10	4	mbs_cmdline	2
0x14	4	mbs_mods_count	3
0x18	4	mbs_mods_addr	3
0x1C	16	mbs_syms	4 oder 5
0x2C	4	mbs_mmap_length	6
0x30	4	mbs_mmap_addr	6
0x34	4	mbs_drives_length	7
0x38	4	mbs_drives_addr	7
0x3C	4	mbs_config_table	8
0x40	4	mbs_boot_loader_name	9
0x44	4	mbs_apm_table	10
0x48	4	mbs_vbe_control_info	11
0x4C	4	mbs_vbe_mode_info	11
0x50	2	mbs_vbe_mode	11
0x52	2	mbs_vbe_interface_seg	11
0x54	2	mbs_vbe_interface_off	11
0x56	2	mbs_vbe_interface_len	11

mbs_flags

Gibt an welche Felder anwesend sind.

mbs_mem_lower

Gibt die Größe des unteren Speichers in kB an.

mbs_mem_upper

Gibt die Größe des höheren Speichers in kB an.

mbs_bootdevice

Dieses Doubleword ist in 4 Bytes unterteilt. Das 1. Byte steht für die BIOS-Laufwerknummer. Byte 2-4 gibt die Partition und Subpartition an. Wenn ein Wert 0xFF ist, wird keine Partitionierung (auf diesem Level) benutzt.

mbs_cmdline

Pointer zu einem 0-terminated ASCII-String, der die Kommandos enthält, die an den Kernel übergeben wurden.

mbs_mods_count

Gibt an wie viele Module von GRUB geladen wurden

mbs_mods_addr

Pointer auf die erste Modulstruktur. Eine Modulstruktur sieht folgendermaßen aus:

Offset	Größe	Name	Beschreibung
0x00	4	mod_start	Adresse an der das Modul liegt
0x04	4	mod_end	Adresse an der das Modul endet
0x08	4	string	Pointer zu einem 0-term. ASCII-String, der den Namen des Moduls enthält
0x0C	4	reserved	Reserviert (0)

mbs_syms

Wenn Bit 4 in mbs_flags gesetzt ist, liegt diese Struktur am Offset 0x1C und enthält Informationen zur Sektionstabelle einer a.out-Datei.

Offset	Größe	Name	Beschreibung
0x1C	4	tabsize
0x20	4	strsize
0x24	4	addr	Pointer zur Sektionstabelle
0x28	4	reserved	Reserviert (0)

Wenn Bit 5 in mbs_flags gesetzt ist, liegt diese Struktur am Offset 0x1C und enthält Informationen zur Sektionstabelle einer ELF-Datei.

Offset	Größe	Name	Beschreibung
0x1C	4	num	Anzahl an Einträgen
0x20	4	size	Größe eines Eintrags
0x24	4	addr	Pointer zur Sektionstabelle
0x28	4	shndx	Stringtabelle für die Einträge der Sektionstabelle

mbs_mmap_length

Gibt die Länge der Memorymap an

mbs_mmap_addr

Pointer zur Memorymap. Ein Eintrag in der Memorymap sieht folgendermaßen aus:

Offset	Größe	Name	Beschreibung
-0x04	4	size	Gibt die Größe des Eintrags an
0x00	8	BaseAddr	Basisadresse des Speicherbereichs
0x08	8	Length	Länge des Speicherbereichs
0x10	4	Type	Typ des Speicherbereichs (1=frei, ansonsten belegt)

mbs_drives_length

Länge der Drives-Liste

mbs_drives_addr

Pointer zur ersten Drive-Struktur. Eine Drive-Struktur sieht folgendermaßen aus:

Offset	Größe	Name	Beschreibung
0x00	4	size	Größe dieser Drive-Struktur
0x04	4	driver_number	BIOS-Driver-Number
0x08	4	drive_mode	0 = CHS 1 = LBA
0x0C	4	drive_cylinders	Anzahl an Zylinder, die das Gerät hat
0x0C	4	drive_heads	Anzahl an Köpfe, die das Gerät hat
0x0C	4	drive_sectors	Anzahl an Sektoren pro Spur, die das Gerät hat
0x10	size-0x10	drive_ports	I/O-Ports, die von diesem Gerät benutzt werden

mbs_config_table

Eine Tabelle, wie sie vom Get-Configuration-BIOS-Call zurück gegeben wird.

mbs_boot_loader_name

Pointer zu einem 0-terminated ASCII-String, der den Namen des Bootloades darstellt.

mbs_apm_table

Pointer zur APM-Tabelle. Die APM-Tabelle sieht so aus:

Offset	Größe	Name	Beschreibung
0x00	2	version	Version
0x02	2	cseg	32bit Codesegment
0x04	2	offset	Offset des Entrypoints
0x08	2	cseg_16	16bit Codesegment
0x0A	2	dseg	16bit Datensegment
0x0C	2	flags	Flags
0x0E	2	cseg_len	Länge des 32bit Codesegments
0x10	2	cseg_16_len	Länge des 16bit Codesegments
0x12	2	dseg_len	Länge des 16bit Datensegments

Weblinks