ブートローダ

BIOS による呼び出しを受けて、ブータブルディスクを探し、見つかったときに実行されるコード

ディスクが見つかると、ブートローダと呼ばれる、先頭 512 バイトに保存された実行可能コードへと操作権が移る

しかし、多くのブートローダのサイズは 512 バイトよりも大きい

そのため、通常 512 バイトに収まる一次ブートローダと二次ブートローダの 2 ステップに分かられることが多い

ブートローダではざっくりと以下を行う

1. ディスクから OS カーネルを見つけ出し、メモリに読み込む

2. CPU を 16 bit のリアルモードからプロテクトモードへ、64 bit のロングモードへと変更する

これにより、16 bit の化石のような OS にも対応できるようになっている

3. 特定の情報（e.g. メモリマップなど）を BIOS から聞き出し、OS のカーネルに渡す

ブートローダを実装するには、アセンブリを必要とする

なので bootimage のような自動でカーネルの前にブートローダを置いてくれるツールも用意されている

warning.icon bootimage は BIOS のみにしか対応しておらず、UEFI にも対応していない

また、後述する標準基準 Multboot にも準拠していない

1995 年に Multiboot というブートローダの公開標準規格が策定された

この規格では、ブートローダと OS のインタフェースが定義されており、Multiboot に準拠したブートローダであれば、同じくそれに準拠したすべての OS が読み込めるようになっている

そのリファレンス実装として、Linux システムのブートローダのデファクトスタンダードであある GNU GRUB がある

OS カーネルを Multiboot に準拠させるには、カーネルファイルの前頭に Multiboot header を挿入するだけで良い

しかし、Multiboot や GNU GRUB にはいくつか問題点もある

これらは 32 bit プロテクトモードしかサポートしていない

そのため 64 bit ロングモードに変更するための CPU の設定は依然行う必要がある

Multiboot はカーネルではなくブートローダがシンプルになるように設計されている

たとえば、通常とは異なるデフォルトページサイズでリンクされる必要があり、そうしないと GNU GRUB は Multiboot header を見つけることが出来ない

また、カーネルに渡されるブート情報は抽象化を与えてくれず、アーキテクチャ依存の構造を多く含む

GNU GRUB も Multiboot もドキュメントが充実していない

カーネルファイルからブータブルディスクのイメージを作るには、ホストシステムに GRUB がインストールされている必要がある

そのため、Mac や Windows 上で OS を開発するのが難しくなる

参考: Multiboot 準拠の OS カーネルを Rust で実装する

参考