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GRUB引导问题:简单内核无法启动

正在学习操作系统开发,遇到一个内核在GRUBLegacy(0.97)中无法成功引导的问题。具体表现为输入内核命令后显示错误信息,尝试引导时GRUB挂起。

我正在从OSDev.org学习一些操作系统开发的基础知识。目前遇到了一个问题:我有一个简单的内核,尝试在GRUB Legacy(0.97)中通过qemu进行引导。当我输入kernel 200+9时,收到了一条错误消息:


[Multiboot-elf, <0x100000:0x80:0x4008>(bad), entry=0x10000c]

这条消息与预期相符,但包含了(bad)部分。继续输入boot后,GRUB会挂起。


根据我对内核编译输出的理解,0x100000、0x44、0x4008分别代表了.text段的起始地址、.bss段的起始地址以及.bss段的大小。这是通过运行objdump -h命令获得的信息:


kernel.bin:     file format elf32-i386

Sections:
Idx Name Size VMA LMA File off Algn
0 .text 00000044 00100000 00100000 00001000 2**4
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
1 .bss 00004008 00100044 00100044 00001044 2**2
ALLOC

可以看到,这些数字基本匹配,但问题在于.bss段的起始地址显示为44,而非预期的100044。这可能是导致GRUB报告错误的原因,因为内存中的任何部分不应低于1MB(低内存区域)。然而,objdump显示我的段都在这个阈值以上,所以我对错误的具体原因感到困惑。下面是相关的代码片段,虽然对于有经验的操作系统开发者来说,问题可能很基础,但提供代码有助于更好地理解问题。


;loader.s - 包含GRUB的多引导头并调用主内核方法
global loader ; 使入口点对链接器可见
global magic ; 我们将在kmain中使用此变量
global mbd ; 我们将在kmain中使用此变量

extern kmain ; kmain在kmain.cpp中定义

; 设置多引导头 - 详情参见GRUB文档
MODULEALIGN equ 1<<0 ; 在页面边界对齐加载模块
MEMINFO equ 1<<1 ; 提供内存映射
FLAGS equ 0x03;MODULEALIGN | MEMINFO ; 这是多引导的'标志'字段
MAGIC equ 0x1BADB002 ; '魔术数'允许引导加载程序找到头部
CHECKSUM equ -(MAGIC + FLAGS) ; 必须的校验和

section .text

loader:

align 4
dd MAGIC
dd FLAGS
dd CHECKSUM

; 预留初始内核堆栈空间
STACKSIZE equ 0x4000 ; 即16k.

mov esp, stack + STACKSIZE ; 设置堆栈
mov [magic], eax ; 多引导魔术数
mov [mbd], ebx ; 多引导信息结构

call kmain ; 调用主内核方法

cli
.hang:
hlt ; 如果内核返回,停止机器
jmp .hang

section .bss

align 4
stack: resb STACKSIZE ; 在双字边界预留16k堆栈
magic: resd 1
mbd: resd 1

以下是主内核方法的实现:


// kernel.c - 包含主内核方法

void kmain() {
extern unsigned int magic;

if (magic != 0x2BADB002) {
// 发生了错误
}

volatile unsigned char *videoram = (unsigned char *) 0xB8000;
videoram[0] = 65;
videoram[1] = 0x07;
}

此外,我还使用了以下自定义链接器脚本:


ENTRY (loader)

SECTIONS {
. = 0x00100000;

.text ALIGN (0x1000) : {
*(.text)
}

.rodata ALIGN (0x1000) :
{
*(.rodata*)
}

.data ALIGN (0x1000) :
{
*(.data)
}

.bss :
{
sbss = .;
*(COMMON)
*(.bss)
ebss = .;
}

/DISCARD/ : {
*(.eh_frame)
*(.comment)
}
}

最后,我使用以下命令构建内核:


nasm -f elf -o loader.o loader.s
gcc -c -o kernel.o kernel.c
ld -T linker.ld -o kernel.bin loader.o kernel.o
cat stage1 stage2 pad kernel.bin > floppy.img

其中,stage1和stage2是从GRUB Legacy获取的文件,pad是一个750字节的文件(使得stage1+stage2+pad的总大小为102400字节,即200个扇区,这也是为什么我使用kernel 200+9进行引导的原因)。


最后,我在qemu中运行内核:


qemu-system-x86_64 -fda floppy.img

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kakeru0o0
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