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UEFI時代のブートローダ
- 2. 自己紹介 • Software Engineer at Cloudius Systems (OSv) • FreeBSD developer (bhyve, network stack..)
- 3. UEFIのおさらい
- 4. BIOSブート ←ディスクに１個 • MBRからブートセクタをロード • プログラム領域が足りないのでMBRの次のセク タなどを利用して更に大きなブートローダをロー ド（多段ブート） • /bootファイルシステムをパースしてLinuxカー ネルを見つけてロード＆実行
- 5. UEFIブート • ブートセクタなどなかった • EFIパーティーション（FATファイルシステム）にブートロー ダ（UEFIイメージ）を配置 • NVRAMに設定がある →設定されたパスからブートローダをロード＆実行 • NVRAMに設定がない →デフォルトパスからブートローダをロード＆実行 • プロテクテッドモード、UEFI API ←ディスクにn個（いくらでも）
- 6. BIOSのブートイメージ • ブートセクタなどのとても狭い領域に固定的に配 置 • リアルモード • アドレッシング出来るメモリに大きな制約 • アセンブリ • 古くさいBIOSコールによる限られたAPI
- 7. UEFIイメージ • PEバイナリ (Windowsアプリと似たようなヘッダ） • 32/64bitプロテクテッドモード （※但し両対応ファームはない） • サイズ制限、メモリ容量制限なし • 全てC言語で記述可能 • 豊富なAPI
- 8. 参考：Runtime Services • ExitBootServices()後もUEFIがOSに対して提供するサービ ス • 最低限の機能のみ • Time (GetTime, SetTime...) • Virtual Memory (SetirtualAddressMap...) • Variable Services (GetVariable...) • Miscellaneous Services(ResetSystem...)
- 9. 参考：Boot Services • ExitBootServices()までUEFI Applicationに提供するサービス • Task Priority Services (RaiseTPL...) • Memory Services (AllocatePages...) • Event & Timer Services (CreateEvent, SetTimer...) • Protocol Handler Services (HandleProtocol...) • Image Services (LoadImage, StartImage...) • Miscellaneous Services (Stall, CopyMem...) • Open and Close Protocol Services (OpenProtocol...) • Library Services (LocateProtocol...) • 32bit CRC Services (CalculateCrc32...)
- 10. 参考：Procotols • ネットワークプロトコルスタックのことではな い • UEFI上で提供される様々なサービスの事 • UEFI Driverを実装しUEFIへロードする事によ り、自作のProtocolを提供する事も可能
- 11. 参考：定義されている Protocol • EFI Loaded Image • Device Path Protocol • UEFI Driver Model • Console Support • Media Access • PCI Bus Support • SCSI Driver Models and Bus Support • iSCSI Boot • USB Support • Debugger Support • Compression Algorithm • ACPI Protocols • TCP/IP, IPSec, FTP • ARP & DHCP • UDP & MTFTP • etc...
- 12. UEFIからのブート手順 （デフォルト） BootManagerの設定がデフォルト値の場合 1. UEFIがHDDを検出、GPTをロード 2. EFI System Partitionを検索 3. EFIBOOTBOOTX64.EFIをロード （32bit UEFIならBOOTX86.EFI）
- 13. UEFIからのブート手順 （カスタム） 以下の様な値をUEFI NVRAM variableに設定（efibootmgrなど） • Boot####：ロードするUEFI applicationのPATH・ 又はディスクのデバイスPATH • BootOrder：Boot####の試行順序（配列で指定） • BootNext：次回起動時にロードするBoot#### （BootOrderより優先、一度起動すると削除） • Timeout：設定秒数だけBoot Menuを表示（自動起動を遅 延）
- 14. 設定例 • efibootmgrで編集 • /sys/firmware/efi/vars, /sys/firmware/efi/efivars 経由でUEFI NVRAM Variableへアクセス
- 15. /sys/firmware/efi/efivars syuu@ubuntu:~$ ls /sys/firmware/efi/efivars Boot0000-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c Boot0001-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c Boot0002-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c Boot0003-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c Boot0004-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c BootCurrent-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c ... $ sudo cat /sys/firmware/efi/efivars/ Boot0000-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c @EFI VMware Virtual SCSI Hard Drive (0.0) ?
- 16. Boot Manager ブート項目の選択画面。 OSは自分のブートローダをここに登録する
- 17. UEFI Shell • 運が良ければROMに乗ってる 無ければUSBからロード
- 18. さまざまな UEFIブート手順
- 19. UEFIでのLinuxブート方法（１） • shim→grub2→Linux bzImage • shim→grub2→Linux EFI Stub • grub2→Linux bzImage • grub2→Linux EFI Stub • gummiboot→Linux EFI Stub • Linux EFI Stub ←SecureBoot
- 20. UEFIでのLinuxブート方法（２） • LinuxカーネルにEFI Stubを用意すれば直接Boot Managerからロード出来る • UEFIイメージから更に別のUEFIイメージをロー ド＆実行できる • UEFI APIがサポートしていないバイナリフォー マットよりもサポートが容易 サポートすることによるデメリットも少ない
- 21. なるほど～？
- 22. 非対応フォーマットの ロード＆実行 • ヘッダのパース • メモリへの展開 • CPUレジスタの初期化、辻褄合わせ • エントリポイントへのジャンプ ＿人人人人人人＿ ＞ 結構面倒 ＜ ‾Y^Y^Y^Y^Y‾
- 23. UEFIイメージのロード＆ 実行 • UEFIイメージファイルをロードするAPI にファイル名渡して終わりでは？ ＿人人人人人人＿ ＞ 簡単そう ＜ ‾Y^Y^Y^Y^Y‾
- 24. ところで • mrubyはUEFIで動く(mruby on EFI shell)
- 25. ということは • mrubyにローダAPIを足せばmrubyスクリ プトでブートローダを簡単に実装出来 るのでは？
- 26. UEFI APIサポートon mruby class BlockIoProtocol < UEFI::Protocol GUID = UEFI::Guid.new("964e5b21-6459-11d2-8e39-00a0c969723b") define_variable(:revision, :u64) define_variable(:media, :p) define_function(:reset, :e, [:p, :b]) define_function(:read_blocks, :e, [:p, :u32, :u64, :u64, :p]) end class Media < UEFI::Protocol define_variable(:media_id, :uint32) end handles = UEFI::BootService.locate_handle_buffer(BlockIoProtocol::GUID) handle = handles.first puts "handle: #{handle}" ptr = UEFI::BootService.handle_protocol(handle, BlockIoProtocol::GUID) bp = BlockIoProtocol.new(ptr) media = Media.new(bp.media) puts "media_id: #{media.media_id}"
- 28. Cで書く→mrubyに起こす • Cで書いてみた https://gist.github.com/syuu1228/ d7ce6b949cbeec887ea0
- 30. 方針転換 • 足りない機能は皆C拡張にしてしまえ • さっきのコードをコピペしてmrubyのクラス化 →実行 • 何故かエラー… • (゜Д゜)
- 31. む？
- 32. 良くみたらsystem(3) あったわ • EDK2にはlibc + BSD socketのテスト実装が載ってる （非公式あつかい） • どうせmrubyは初めからこれをリンクしている • system(3)もある • 文字列組み立てて渡せば一行のCコードでバイナリ実行 できんじゃん… • 何を苦労していたんだろう
- 33. が… • mruby on EFI shellはmrubyの標準ビルドシス テムを迂回してEDKのビルドシステムでビルド されてる • mrubyのビルドシステムを使わないとmrbgems を追加出来ない • 殆どAPIが無い＆簡単に足せない…
- 34. 応急処置的に足す • さっきのsystem(3)を呼び出すShell.exec() • キーボード入力を受け付けるShell.gets() • Dirクラス
- 35. 完成！ • https://github.com/syuu1228/ mruby_on_efi_shell/blob/ 862b7d95e399dc23744c589220e59d6e6f 0adff3/example/bootloader.rb
- 36. デモ
- 37. TODO • mrbgems問題をどうにかするべき • HTTPクライアントをポーティングしてカーネルもスク リプトも外から落としてきて実行させたい • ファイルシステムドライバをインストールしてext[2-4] の/bootからカーネルをロードしたい • ブートしたらツイートしたい • もうちょっと整備すると結構便利になると思う
- 38. URL • https://github.com/syuu1228/ mruby_on_efi_shell/tree/devel