From 08cd951ea8410bc87e316e6c11d34a118437ba8b Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Marvin Borner Date: Tue, 13 Jul 2021 19:40:17 +0200 Subject: Added colloq summary and final presentation --- presentation/index.html | 616 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 1 file changed, 616 insertions(+) create mode 100644 presentation/index.html (limited to 'presentation/index.html') diff --git a/presentation/index.html b/presentation/index.html new file mode 100644 index 0000000..1abc966 --- /dev/null +++ b/presentation/index.html @@ -0,0 +1,616 @@ + + + + + + + reveal.js + + + + + + + + + + +
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x86 Bootloader

+ CT, Marvin Borner, TGI13.1 + +
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Inhalt

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  • Was ist/macht ein Bootloader?
    • +
  • Boot-Ablauf
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  • Umsetzung
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  • Protokolle
    • +
  • x86-Architektur
    • +
  • Code
    • +
  • Demo
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  • Fazit
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Was ist ein Bootloader?

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Bindeglied in Boot-Prozess

+ Boot-Prozess Beispiel (Legacy) + +
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Was macht ein Bootloader?

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  • + Initialisiert CPU, GPU, I/O +
    • +
  • + Simple Treiber (Festplatte, Grafik) +
    • +
  • + Häufig GUI zur Auswahl und Konfiguration +
    • +
  • Sucht nach Hardware-Infos
    • +
  • + Lädt gewählten Kernel mit Infos +
    • +
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Ablauf

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+ Basic Input Output + System +

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  • Hardware Initialisierung
    • +
  • + Stellt BIOS interrupts zur Verfügung +
    • +
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Power On Self Test

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    +
  • Diagnose
    • +
  • Bootbares Gerät?
    • +
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Master Boot Record

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  • 512B :O
    • +
  • Magic 0xAA55
    • +
  • + Von BIOS zu 0x7C00 +
    • +
  • + Bei Festplatten: Partitionstabelle @445 +
    • + + + → Rest ist implementationsabhängig + +
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Umsetzung

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+ Festplatte + +
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1. Stage: MBR; 0x7C00-0x7E00

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    +
  • Generelle Diagnose
    • +
  • + + CPU von Real (16 Bit) zu + Protected mode (32 Bit) + +
    • +
  • + Lädt 2. Stage von boot disk +
    • +
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2. Stage: 0x7E00-0xFC00 (~32KiB)

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    +
  • + Diagnose (memory, disk, ...) +
    • +
  • + Initialisierung (A20, GDT, IDT, Register, ...) +
    • +
  • + Partition und Festplatte suchen +
    • +
  • + Dateisystem erkennen und konfigurieren +
    • +
  • + GUI für Auswahl mittels config Datei +
    • +
  • Kernel laden
    • +
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Protokolle

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    +
  • Multiboot 1/2
    • +
  • Linux, Windows, Mac OS
    • +
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+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
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x86-Architektur

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Grundlegende Register

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64bit32bit16bit8bit-h8bit-lVerwendung
raxeaxaxahalAccumulator
rbxebxbxbhblBase
rcxecxcxchclCounter
rdxedxdxdhdlData
rbpebpbp//Base pointer
rspespsp//Stack pointer
ripeipip//Instruction pointer
+ +
+
+ +
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Sprachen

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  • + ASM in MBR: Kann direkt mit Registern umgehen, kein + Bootstrapping/Overhead +
    • +
  • + C in 2. Stage: Lowlevel (__asm__, + *(u8*)0x7E00), kein Interpreter +
    • +
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1. Stage (MBR)

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+org 0x7C00
+bits 16
+mbr:
+    ; Register leeren (manche BIOS sind komisch)
+    xor bx, bx
+    mov ds, bx
+    mov es, bx
+    mov ss, bx
+    ; Manche Register sind wichtig (z.B. dl mit boot disk)
+
+    mov sp, 0x7C00 ; Stack: 0x7C00 -> wächst nach unten
+
+    ; Text mode VGA mit BIOS interrupts leeren
+    mov ax, SCREEN_CLEAR
+    int SCREEN_INT
+
+    call disk_support ; Ist disk unterstützt?
+
+    jmp load_stage ; 2. Stage laden und ausführen
+
+ +
+ +
+ 

+bits 16
+load_stage:
+    mov bx, loader
+    mov [dap.dest], bx
+    call disk_read ; Nutzt dap, dl und BIOS INTs
+
+    lgdt [gdt] ; Lade GDT
+
+    ; Protected mode (32-Bit)
+    mov eax, cr0
+    or ax, 1 ; PE (Protection Enable) Bit
+    mov cr0, eax
+
+    ; 0x08 GDT offset -> 1. Eintrag -> Code segment (cs)
+    jmp 0x08:protected
+
+bits 32
+protected:
+    ; Segment register auf 2. GDT Eintrag (non-executable)
+    mov ax, 0x10
+    mov ds, ax
+    mov es, ax
+    mov fs, ax
+    mov gs, ax
+    mov ss, ax
+
+    push dx ; Disk (in dl) zu kernel pushen
+    call loader ; Zweite Stage!
+
+[...]
+dw 0xAA55 ; MBR magic
+loader: incbin "build/loader.bin" ; 2. Stage (C)
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+ + + +
+ + + + + + + + + + + + + +
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+ +

Demo

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Fazit

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    +
  • + Schwierig jede Hardware zu unterstützen +
    • +
  • Lieber GRUB/...
    • +
+ +
+ +
+

Fragen?

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    +
  • Segmentation, GDT
    • +
  • Interrupts, IDT, PIC
    • +
  • Multiboot 1/2
    • +
  • Mehr Code-Beispiele
    • +
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Quellen

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Bilder

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  • + https://en.wikipedia.org/wiki/BIOS#/media/File:Legacy_BIOS_boot_process.png +
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Informationen (aufgerufen 13.07.2021)

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    +
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Bootloader
    • +
  • https://en.wikipedia.org/wiki/BIOS
    • +
  • https://wiki.osdev.org/
    • +
  • https://github.com/marvinborner/Melvix
    • +
  • + Intel 64 and IA-32 Architectures Software + Developer's Manual +
    • +
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+ + + + + + + + -- cgit v1.2.3