Linux X86引导协议

linux-4.4.23/arch/x86/include/uapi/asm/bootparam.h

struct setup_header{
    //setup 代码的大小，单位为512字节。 
    //如果该字段被设置为0， 那么会当作4来使用。 
    //在实模式下该代码包括boot sector(通常一个扇区大小) 加上 setup代码
    __u8    setup_sects;
    //如果该字段不为0，表示root为readonly模式
    //该字段已经不再推荐使用，通常采用命令行中的'ro'或'rw'代替
    __u16   root_flags;
    //保护模式的代码大小，单位为16字节
    //对于低于2.04版本的协议，该字段只有2个字节大小，所以对于设置了"LOAD_HIGH"标志的内核，大小是不可信的
    __u32   syssize;
    //该字段已经废弃了
    __u16   ram_size;
    //详情看见 SPECIAL COMMAND LINE OPTIONS 
    __u16   vid_mode;
    //默认的根设备号，该字段已经不再推荐使用，通常采用命令行中的"root="来代替
    __u16   root_dev;
    //值为0xAA55
    __u16   boot_flag;
    //包含了x86的一个跳转指令，0xEB followed by a signed offset relative to byte 0x202
    //该字段可以用来确定header的大小
    __u16   jump;
    //Contains the magic number "HdrS" (0x53726448).
    __u32   header;
    //协议版本号，使用(major << 8) + minor格式，比如0x0204表示版本2.04，0x0a11表示不存在的版本10.17
    __u16   version;
    //bootloader hook，详细参见 ADVANCED BOOT LOADER HOOKS
    __u32   realmode_swtch;
    //The load low segment (0x1000). 已废弃
    __u16   start_sys;
    //如果该字段设置的是非零值，表示一个地址，在该地址加上0x200偏移量的地址指向一个人可以读懂的内核版本的字符串
    //该字段的值应该小于 0x200*setup_sects 
    //比如，如果字段的值为0x1c00，那么内核版本号的字符串保存在内核文件的0x1e00偏移处。
    //如果该字段的值为0x1c00，那么它只有在setup_sects >= 15 的情况下才有效。
    __u16   kernel_version;
    //如果bootloader被分配过ID，该字段里面填充的内容为0xTV, T表示bootloader的ID， V表示版本号
    //如果没有被分配过ID，那么就填充0xFF
    //如果T的值大于0xD，那么需要向该字段的T位置写如0xE，然后将 T - 0x10的值填入 ext_loader_type字段。
    //类似的，ext_loader_ver 字段用于扩展bootloader的版本
    //例如， T=0x15, V=0x234，那么type_of_loader = 0xE4, ext_loader_type = 0x05 and ext_loader_ver = 0x23
    //已经分配的bootloader的ID列表如下(十六进制):
    //  0  LILO         (0x00 reserved for pre-2.00 bootloader)
    //  1  Loadlin
    //  2  bootsect-loader  (0x20, all other values reserved)
    //  3  Syslinux
    //  4  Etherboot/gPXE/iPXE
    //  5  ELILO
    //  7  GRUB
    //  8  U-Boot
    //  9  Xen
    //  A  Gujin
    //  B  Qemu
    //  C  Arcturus Networks uCbootloader
    //  D  kexec-tools
    //  E  Extended     (see ext_loader_type)
    //  F  Special      (0xFF = undefined)
    //  10  Reserved
    //  11  Minimal Linux Bootloader <http://sebastian-plotz.blogspot.de>
    //  12  OVMF UEFI virtualization stack
    __u8    type_of_loader;
    //该字段表示一个位掩码
    //  Bit 0 (read): LOADED_HIGH
    //    0表示保护模式代码的加载位置为0x10000    (传统内存布局)
    //    1表示保护模式代码的加载位置为0x100000   (现代内存布局)
    //  Bit 1 (kernel internal): KASLR_FLAG
    //    内核内部使用，表示KASLR的状态，1表示KASLR开启，0表示KASLR关闭。
    //  Bit 5 (write): QUIET_FLAG
    //    0表示打印早期信息，1表示不打印早期信息
    //    该标志位要求内核不打印早期信息时，需要直接访问显示硬件设备。
    //  Bit 6 (write): KEEP_SEGMENTS
    //    Protocol: 2.07+
    //      0表示在进入保护模式时重新加载段寄存器
    //      1表示不重新加载段寄存器
    //  Bit 7 (write): CAN_USE_HEAP
    //    1表示heap_and_ptr的值是有效的
    //    0表示setup代码的功能将被禁止
    __u8    loadflags;
    //使用2.00或2.01版本的协议时，如果实模式内核没有加载到0x90000时，在稍后的加载时会将代码移动到0x90000
    //如果你想增加一些数据(如内核命令行)，那么就填充该字段。
    //The unit is bytes starting with the beginning of the boot sector
    //如果使用的是2.02及以上的协议或实模式的代码加载到了0x90000时，该字段可以被忽略
    __u16   setup_move_size;
    //该字段表示在保护模式下的跳转地址。 该地址表示内核的加载地址，该地址可以被bootloader使用。
    //该字段可能被修改的场景包括下面两个:
    // 1. 作为bootloader的hook(详情参见 ADWANCED BOOT LOADER HOOKS)
    // 2. 对于没有安装hook的bootloader需要在一个非标准地址加载一个可重定位的内核时，需要修改该字段的内容
    __u32   code32_start;
    //initial ramdisk或ramfs的线性地址，如果没有initial ramdisk 或ramfs时，设置为0
    __u32   ramdisk_image;
    //initial ramdisk或ramfs的大小，如果没有initial ramdisk或ramfs时，设置为0
    __u32   ramdisk_size;
    //该字段被废弃 
    __u32   bootsect_kludge;
    //该字段表示setup stack/heap结尾地址相对于实模式代码其实地址的偏移，减去0x200
    __u16   heap_end_ptr;
    //该字段用于type_of_loader中version的扩展。 最终的版本号为(type_of_loader & 0x0f) + (ext_loader_ver << 4)
    //2.6.31之前的内核版本不能识别该字段，但是在2.02及以上的版本中对该字段的设置仍然是安全的。
    __u8    ext_loader_ver;
    //该字段用于type_of_loader中type的扩展。
    //如果type_of_loader中的type为0xE，那么真实的类型应该是(ext_loader_type + 0x10)
    //如果type_of_loader中的type不为0xE，那么可以忽略该字段
    //2.6.31之前的内核版本不能识别该字段，但是在2.02及以上的版本中对该字段的设置仍然是安全的。
    __u8    ext_loader_type;
    //该字段用于保存内核命令行的线性地址。 内核的命令行可以被置于setup heap的end 至 0xA0000之间的任何位置
    //内核的命令行没有必要一定被置于与实模式代码相同的64K的段中
    //即使你的bootloader不支持命令行，最好也填充给字符，可以填充为空串(更好的情况是填充"auto")
    //如果该字段被设置为0，那么内核会假定为bootloader不支持2.02+以上的协议
    __u32   cmd_line_ptr;
    //initial ramdisk/ramfs可能用到的最大地址。 
    //对于2.02或更早的协议来说， 不存在该字段，最大地址为固定的0x37FFFFFF
    //如果你的ramdisk的大小为131072，且该字段的值为0x37FFFFFF，那么ramdisk的起始地址为0x37FE0000)
    __u32   initrd_addr_max;
    //该字段表示可重定位内核的对齐方式。 可重定位的内核在内核初始化的时候按照这种方式进行重新排列
    //从2.10版本的协议开始，该字段映射了内核的性能优化后的首选对齐方式。 
    //bootloader可以修改该字段为更小的对齐方式。 可以参考下面的min_alignment和pref_address字段
    __u32   kernel_alignment;
    //如果该字段不为0，那么保护模式的内核可以被加载到任何满足kernel_alignment对齐方式的地址中。
    //加载完成后，bootloader必须设置code_32_start字段为加载的代码的指针或boot的hook
    __u8    relocatable_kernel;
    //如果该字段的值不为0，2的该字段的幂次方表示内核引导的最小的对齐方式。
    //如果bootloader确认使用该字段，那么需要更新kernel_alignment字段为希望的值
    //通常情况下 kernel_alignment = 1 << min_alignment
    //出于采用未对齐的方式时可能会导致性能的降低，所以bootloader应该尽可能的采用
    //从kernel_alignment到该字段之间的 power-of-two 的值的对齐方式。
    __u8    min_alignment;
    // 该字段表示位掩码
    // Bit0(read): XLF_KERNEL_64
    //   1表示内核在0x200地址处有一个64-bit的入口地址
    // Bit1(read): XLF_CAN_BE_LOADED_ABOVE_4G
    //   1表示kernel/boot_params/cmdline/ramdisk可以使用4G以上地址
    // Bit2(read): XLF_EFI_HANDOVER_32
    //   1表示内核支持32bit EFI handoff入口地址(handover_offset)
    // Bit3(read): XLF_EFI_HANDOVER_64
    //   1表示内核支持64bit EFI handoff入口地址(handover_offset + 0x200)
    // Bit4(read): XLF_EFI_KEXEC
    //   1表示内核支持kexec EFI boot with EFI runtime support
    __u16   xloadflags;
    //命令行的大小的最大值(不包含结束符)。 这表示命令行可以包含最多cmdline_size个字符
    //2.05及之前的版本，最大值为255
    __u32   cmdline_size;
    //在半虚拟化的环境中，硬件底层的机制如中断处理，页表处理以及访问处理控制寄存器等需要不同的处理
    //该字段允许bootloader通知内核当前的运行环境，具体为以下几种：
    //  0x00000000    The default x86/PC environment
    //  0x00000001    lguest
    //  0x00000002    Xen
    //  0x00000003    Moorestown MID
    //  0x00000004    CE4100 TV Platform
    __u32   hardware_subarch;
    //该字段目前在x86/pc下面没有使用，不要修改该字段
    __u64   hardware_subarch_data;
    //如果该字段不为0，这表示payload相对保护模式代码起始地址的偏移量
    //有效载荷有可能会被压缩。 不管是压缩还是未被压缩的数据都会采用相同的魔数
    //当前支持的压缩方式有 gzip(magic: 1F8B or 1F9E), bzip2(magic: 425A)
    //LZMA(magic: 5D00), XZ(magic: FD37) 和 LZ4(magic: 0221)
    //未压缩的目前都是ELF格式(magic: 7F454C46)
    __u32   payload_offset;
    //The length of the payload
    __u32   payload_length;
    //该字段表示64-bit的物理地址，指向struct setup_data的单链表
    //该单链表用来定义一个可扩展的启动参数传递机制，setup_data的结构体如下:
    //  struct setup_data {
    //      u64 next;       //指向单链表的下一个节点
    //      u32 type;       //used to identify the contents of data
    //      u32 len;        //data 的长度
    //      u8 data[0];     //保存实际的payload数据
    //  }
    //在启动过程中可能会修改该链表。 因此，当修改这个链表的时候，必须考虑到链表中存在节点的情况
    __u64   setup_data;
    //该字段如果不为0表示内核的优先加载地址。 一个可重定向的bootloader应该能在该地址进行加载
    //一个不可重定位的内核接受无条件的移动并能在该地址进行加载。
    __u64   pref_address;
    //该字段表示大量的起始于内核运行时起始地址的连续的线性地址，
    //该起始地址是内核在其能检查自己的内存映射表之前所需的
    //该字段不同于内核引导需要的总内存大小，而是被可重定位的bootloader用于帮助内核选择一个安全的加载地址。
    //内核运行时起始地址的算法为:
    //  if(relocatable_kernel)
    //      runtime_start = align_up(load_address, kernel_alignment)
    //  else
    //      runtime_start = pref_address
    __u32   init_size;
    //该字段表示EFI handover协议入口地址相对内核映像起始地址的偏移量
    //采用EFI handover协议来引导内核的bootloader会跳转到该偏移地址
    //详细信息参考下面的 EFI HANDOVER PROTOCOL
    __u32   handover_offset;
}

Image type = zImage
initrd not supported
Real-mode kernel must be located at 0x90000

At offset 0x0020 (word), "cmd_line_magic", enter the magic
number 0xA33F.

At offset 0x0022 (word), "cmd_line_offset", enter the offset
of the kernel command line (relative to the start of the
real-mode kernel).

The kernel command line *must* be within the memory region
covered by setup_move_size, so you may need to adjust this
field.

When loading below 0x90000, use the entire segment:

0x0000-0x7fff   Real mode kernel
0x8000-0xdfff   Stack and heap
0xe000-0xffff   Kernel command line

When loading at 0x90000 OR the protocol version is 2.01 or earlier:

0x0000-0x7fff   Real mode kernel
0x8000-0x97ff   Stack and heap
0x9800-0x9fff   Kernel command line

unsigned long base_ptr; /* base address for real-mode segment */

if ( setup_sects == 0 ) {
    setup_sects = 4;
}

if ( protocol >= 0x0200 ) {
    type_of_loader = <type code>;
    if ( loading_initrd ) {
        ramdisk_image = <initrd_address>;
        ramdisk_size = <initrd_size>;
    }

    if ( protocol >= 0x0202 && loadflags & 0x01 )
        heap_end = 0xe000;
    else
        heap_end = 0x9800;

    if ( protocol >= 0x0201 ) {
        heap_end_ptr = heap_end - 0x200;
        loadflags |= 0x80; /* CAN_USE_HEAP */
    }

    if ( protocol >= 0x0202 ) {
        cmd_line_ptr = base_ptr + heap_end;
        strcpy(cmd_line_ptr, cmdline);
    } else {
        cmd_line_magic  = 0xA33F;
        cmd_line_offset = heap_end;
        setup_move_size = heap_end + strlen(cmdline)+1;
        strcpy(base_ptr+cmd_line_offset, cmdline);
    }
} else {
    /* Very old kernel */

    heap_end = 0x9800;

    cmd_line_magic  = 0xA33F;
    cmd_line_offset = heap_end;

    /* A very old kernel MUST have its real-mode code
       loaded at 0x90000 */

    if ( base_ptr != 0x90000 ) {
        /* Copy the real-mode kernel */
        memcpy(0x90000, base_ptr, (setup_sects+1)*512);
        base_ptr = 0x90000;      /* Relocated */
    }

    strcpy(0x90000+cmd_line_offset, cmdline);

    /* It is recommended to clear memory up to the 32K mark */
    memset(0x90000 + (setup_sects+1)*512, 0,
           (64-(setup_sects+1))*512);
}

is_bzImage = (protocol >= 0x0200) && (loadflags & 0x01);
load_address = is_bzImage ? 0x100000 : 0x10000;

/* Note: in the case of the "old" kernel protocol, base_ptr must
   be == 0x90000 at this point; see the previous sample code */

seg = base_ptr >> 4;

cli();  /* Enter with interrupts disabled! */

/* Set up the real-mode kernel stack */
_SS = seg;
_SP = heap_end;

_DS = _ES = _FS = _GS = seg;
jmp_far(seg+0x20, 0);   /* Run the kernel */

After completing your hook, you should jump to the address
that was in this field before your boot loader overwrote it
(relocated, if appropriate.)

0x0202 + byte value at offset 0x0201

0x0202 + byte value at offset 0x0201

efi_main(void *handle, efi_system_table_t *table, struct boot_params *bp)

o hdr.code32_start
o hdr.cmd_line_ptr
o hdr.ramdisk_image (if applicable)
o hdr.ramdisk_size  (if applicable)