In diesem Tutorial werde ich beschreiben wie man einen in [[C]] programmierten [[Kernel]] mithilfe von [[GRUB]] bootet.
== Hinweis für Windowsianer ==

Ich werde hier beschreiben, wie ich es unter [[Linux]] mache. Unter [[Windows]] geht es auch, aber du musst sicherstellen, dass du ELF als Binärformat benutzt - das heißt, du solltest dir erst den Artikel [[Crosscompiler für Windows]] durchlesen und eine entsprechende Entwicklungsumgebung aufsetzen.

== Kernel ==
Der eigentliche Kernel soll ja in C programmiert sein. Ein Teil des Kernels muss aber immernoch in [[Assembler]] sein.

=== Kernel - C ===
Als erstes kannst du dir einen kleinen Test-Kernel ausdenken, oder einfach den hier benutzen:
<c>
int main() {
  // Pointer zum Videospeicher
  char *video = (char*)0xB8000;
  // String zum Ausgeben
  char *hello = "Hello World";

  // Zuerst den Speicher leeren
  for(video+=4000; video !=(char*)0xB8000 ;video--)
     *video=0;

  // String ausgeben
  while (*hello) {
    *video = *hello;
    video++;
    *video = 0x07;
    video++;
    hello++;
  }

  // jetzt wo wir schon im Kernel drin sind, wollen wir auch nicht mehr raus ;)
  while (1);
  return 0;
}
</c>

=== Kernel - Assembler ===
Dieser Code macht eigentlich nichts anderes als in die main-Funktion unseres C-Kernels zu springen.
<asm>
global loader ; loader für Linker sichtbar machen
extern main   ; main-Funktion des C-Kernels

FLAGS    equ 0
MAGIC    equ 0x1BADB002       ; Magicnumber - Erkennungsmerkmal für GRUB
CHECKSUM equ -(MAGIC + FLAGS) ; Checksum

section .text
align 4
MultiBootHeader:
  dd MAGIC       ; Magic number
  dd FLAGS       ; Flags
  dd CHECKSUM    ; Checksum

loader:
  mov esp,0x200000 ; Stack an die 2MB-Grenze platzieren
  push eax         ; Multiboot Magicnumber auf den Stack legen
  push ebx         ; Adresse der Multiboot-Structure auf den Stack legen
  call main        ; main-Funktion des C-Kernels aufrufen

  cli ; falls der Kernel bis hier her kommt, CPU anhalten
  hlt
</asm>
Der Code sollte eigentlich gut verständlich sein, trotzdem ist noch was zu klären:
* Die Flags können geändert werden, am besten schaut man sich die [[Multiboot]]-Spezifikation an.
* Den Stack kann man natürlich an eine beliebige Stelle setzen, aber an der 2MB-Grenze wird er uns nicht stören.
* Es wird die Adresse der Multiboot-Structure nicht umsonst an den C-Kernel übergeben. Am besten liest man so ziemlich am Anfang des Kernels die Informationen aus ihr. In der Multiboot-Structure steht z.B wie viel Speicher der Rechner hat, oder welche Module von GRUB mitgeladen wurden.

== Zusammenbauen ==
Nun müssen wir den Kernel "zusammenbauen". Dafür müssen wir den Assembler-Code assemblieren, den C-Code kompilieren und am Ende beides linken.

=== Assemblieren ===
Dies geschieht ganz einfach mit diesem Befehl:
 $ nasm -f elf -o kernel_asm.o kernel.asm
Damit wird eine [[ELF]]-Datei erzeugt, die wir später noch linken können.

=== Kompilieren ===
Der C-Kernel wird mit diesem Befehl kompiliert:
 $ gcc -m32 -ffreestanding -o kernel_c.o -c kernel.c -Wall -Werror -nostdlib -nostartfiles -nodefaultlibs
Damit erstellen wir eine Objektdatei, mit der wir nachher noch linken können. Es ist wichtig, dass keine Standardbibliotheken benutzt werden.

=== Linken ===
Meiner Meinung nach ist dies der schwierigste Teil des "Zusammenbauens". Beim Linken wird unser Assembler-Kernel und unser C-Kernel miteinander verbunden und es wird z.B dem Assembler-Kernel auch gesagt wo die main-Funktion des C-Kernels liegt. Wir brauchen erstmal eine Konfigurationsdatei für ''ld'':

<pre>
ENTRY (loader)

SECTIONS
{
  . = 0x00100000;
	
  .text :
  {
    *(.text)
  }
	
  .rodata ALIGN (0x1000) :
  {
    *(.rodata)
  }

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

  .bss :
  {
    _sbss = .;
    *(COMMON)
    *(.bss)
    _ebss = .;
  }
}
</pre>

Ich bin mir nicht 100%ig sicher ob dies die optimalste Linkerfile ist, aber sie funktioniert ;)

Nun wird gelinkt:
 $ ld -T <LD-Konfigurationsdatei> -o kernel.bin kernel_asm.o kernel_c.o
Wenn man später mehr Dateien hat, können diese natürlich auch dazugelinkt werden. Man sollte den fertigen Kernel jetzt in einer Datei namens ''kernel.bin'' haben.

== GRUB-Image erstellen ==
Wir müssen jetzt natürlich noch ein Disketten-Image erstellen und dann GRUB und unseren Kernel draufladen.

=== Floppy-Image erstellen ===
Wir erstellen uns erstmal ein Floppy-Image und formatieren es mit [[ext2]]. Es können auch andere [[Dateisystem]] benutzt werden, z.B [[FAT]], man muss nur drauf achten, dass GRUB dieses Dateisystem unterstützt.

Mit ''dd'' erzeugen wir ein 1,44MB großes Floppy-Image:
 $ dd if=/dev/zero of=floppy.img bs=1024 count=1440

Dann formatieren wir es mit ext2:
 $ /sbin/mke2fs -F floppy.img

=== Dateien auf die Diskette kopieren ===
Jetzt mounten wir schnell das Image (ein Verzeichnis namens ''floppy'' wird benötigt)
 $ mount -o loop floppy.img floppy/
und kopieren unseren Kernel drauf
 $ cp kernel.bin floppy/

[[GRUB]] muss auch noch drauf. Hierzu legen wir einen Ordner namens ''grub'' auf der Diskette an und kopieren ''stage1'' und ''stage2'' aus ''/boot/grub'' auf die Diskette.
 $ mkdir floppy/grub
 $ cp /boot/grub/stage1 floppy/grub
 $ cp /boot/grub/stage2 floppy/grub

Wir brauchen natürlich noch eine GRUB-Konfigurationsdatei. Diese sollte folgendermaßen aussehen:
 default 0
 timeout 10
 
 title Mein super tolles OS
 kernel /kernel.bin
 root (fd0)
Die Konfigurationsdatei wird als ''floppy/grub/menu.lst'' gespeichert.

Jetzt können wir das Floppy-Image schon wieder unmounten
 $ umount floppy/
aber GRUB muss noch in den Bootsektor
 $ /usr/sbin/grub
Und dann folgendes eingeben:
 device (fd0) floppy.img
 root (fd0)
 setup (fd0)
 quit

Fertig ist unser GRUB-Image! Man kann es jetzt noch mit
 $ dd if=floppy.img of=/dev/fd0
auf eine Floppydisk kopieren und damit booten. Wenn alles klappt seht ihr "Hello World" auf dem Bildschirm.

== Vorschläge ==
* Auf Dauer wird es anstregend die ganzen Befehl einzutippen. Am einfachsten ist es eine [[Makefile]] zu benutzen.
* Um nicht immer neustarten zu müssen, kann man einen Emulator wie [[Qemu]] oder [[Bochs]] nehmen. Dann muss man das Image auch erst gar nicht auf Diskette kopieren.
* Mit ''color light-blue/black light-cyan/blue'' in menu.lst kann man dem Bootloader Farbe verpassen.

== Nachwort ==
Bei Fehlern in Text oder Code bitte an das Lowlevel-Team wenden.

== Siehe auch ==
* [[C-Kernel starten]]
* [[GRUB-Image erstellen]]
* [[Multiboot]]
* [[GRUB]]
* [[GRUB auf CD]]

[[Kategorie:Tutorials]]