1. IDT 만들기

IDT는 Interrupt Descriptor Table의 약자로, 인터럽트를 구현하기 위한 테이블입니다.

메모리 중 어느 곳이든 저장이 가능하며, GDT 디스크립터와 유사한 모양의 256개의 디스크립터로 구성됩니다.

 

다음 그림은 IDT의 구조입니다.

   

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

(1)핸들러의 오프셋 15 – 0

(2)핸들러의 코드 세그먼트 셀렉터

(3)P

(4) DPL

(5) 0

(6)D

(7)1

(8) 1

(9)0

사용안함

(10) 핸들러의 오프셋 31 – 16

63

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48


 

(1)핸들러의 오프셋 15 – 0

처음 16비트 한 워드에는 인터럽트 핸들러가 자리하고 있는 RAM 상의 물리 주소의 0 ~ 15비트(오프셋)을 기입

 

(2)핸들러의 코드 세그먼트 셀렉터

인터럽트 핸들러가 자리하고 있는 코드 세그먼트 셀렉터의 값을 기입합니다.

인터럽트 핸들러는 항상 Protected 모드에서 동작하므로 커널 모드 코드 세그먼트 셀렉터의 값을 기입하면 됩니다.

 

(3)P bit

GDT 디스크립터와 마찬가지로 커널 모드의 코드 세그먼트가 RAM 상에 존재하는지 나타냄. 항상 1로 세트

 

(4)DPL

핸들러가 실행될 특권 레벨을 지정하는 플래그 입니다. 인터럽트 핸들러는 항상 커널 모드에서 동작하기 때문에 0 ~ 3 중 0 레벨을 지정 하여야 함으로 이진수로 00 기입합니다.

 

(5)0

이 디스크립터가 IDT에 위치한 인터럽트 관련 디스크립터라는 것을 CPU에게 알리기 위해 그대로 0 기입합니다.

 

(6)D

현재지정한 코드 세그먼트가 16비트인지 32 비트인지를 나타냅니다.

0이면 16비트를 나타내고 1이면 32비트를 나타내기 때문에 프로텍트 모드에서 동작되는 인터럽트 핸들러는 1로 세트 합니다.

 

(10) 핸들러의 오프셋 3 1 – 16

오프셋의 상위 16비트를 기입합니다.

 

강제사항은 아니지만 사용하고 있는PC의 메인보드의 인터럽트 관련 하드웨어가 256개의 인터럽트를 받아들이도록 디자인 되어 있기 때문에 여기서는 IDT를 메모리상에 256개를 만듭니다.

 

2. RAM 상에 IDT를 만들기

cld

mov ax, SysDataSelector

mov es, ax

xor eax, eax

xor ecx, ecx

mov ax, 256 ; ax 레지스터를 몇 번 복사 할 것인지 알려주는 카운터로 사용

mov edi, 0

 

loop_idt: ; 루프를 돌면서 idt를 복사

lea esi, [idt_ignore] ; idt_ignore은 idt 샘플

mov cx. 8 ; idt가 8byte 이다.

rep movsb ; ds:esi의 내용을 cx의 값(단위는 바이트) 만큼 es:edi 위치에 복사

dec ax

jnz loop_idt 

 

Rep movsb

Rep – 스트링 명령어를 반복

Movsb – move string byte 한 바이트 씩 si 레지스터에 저장된 위치의 데이터를 di 레지스터에 저장된 위치로 복사, ES:DI, DS:SI가 디폴트

Idt_ignore

idt_ignore:

dw isr_ignore ; 실행되어야 할 핸들러 루틴

dw SysCodeSelector

db 0

db 0x8E

dw 0x0001

 

샘플로 작성된 IDT의 내용이 디스크립터의 모양과 같음을 알 수 있습니다.


15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

Isr_ignore

SysCodeSelector

1

00

0

1

1

 1

0

0

0x0001(커널이 0x10000 번지에 적재되기 때문에 0x000010000 더해저야 )

63

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48

15

              

0


인터럽트 서브루틴의 예시

isr_ignore:

    push gs            ; CPU의 레지스터 값과 FLAG를 스택에 보존

    push fs             ;

    push esi             ;

    push ds             ;

    pushad             ;

    pushfd            ;

 

    mov ax, VideoSelector    ;인터럽트 처리

    mov es, ax        ;

    mov edi, (80*7*2)    ;    

    lea esi, [msg_isr_ignore];

    call printf

 

    popfd            ; CPU의 레지스터 값을 복원

    popad            ;

    pop ds            ;

    pop ds            ;

    pop fs            ;

    pop gs            ;

 

    iret            ; 인터럽트 루틴을 마치고 돌아감

 

3. IDTR

CPU가 인터럽트에 걸렸을 때 IDT를 참조할 수 있도록 IDTR 레지스터에 등록해야 합니다.

Lidt 명령어에 해당 내용을 담고 있는 주소를 operand로 주어 등록할 수 있습니다.

lidt [idtr]

 

idtr:

    dw 256*8-1;(size 이므로 -1 해줘야 함)

    dd 0 

 

Idtr 레지스터구조는 다음과 같습니다.

 

IDT Limit – dw IDT의 크기 (16비트)

IDT Base Address – dd IDT의 시작점 (32 비트)

 

인터럽트가 걸렸을 때 핸들러가 호출되기까지의 과정은 다음과 같습니다.

 

0x20번의 인터럽트가 발생

해당 인터럽트 디스크립터의 위치를 찾는다

1)CPU가 IDTR 참조

2)IDTR의 IDT의 Base Address를 참조하여 IDT의 첫번째 번지 부분으로 이동

3)IDT의 첫 번째 번지에서 0x20번째의 디스크립터를 찾아냄

해당 인터럽트 디스크립터의 물리 주소를 찾는다.(세그먼트의 base address를 구해서 + offset)

1)디스크립터의 세그먼트 셀렉터 값을 가지고 GDT에 해당하는 디스크립터를 찾아냄

2)GDT의 디스크립터를 갖고 RAM 상의 해당 세그먼트의 Base Address를 찾아냄

3)IDT의 0x20번째 디스크립터에 포함된 오프셋 값을 가지고 인터럽트 핸들러 루틴이 세그먼트 범위 안에서 실제로 위치한 것을 찾아냄

인터럽트 루틴을 수행하고 인터럽트를 마친다.

Iret 명령이 내려지면 처음 인터럽트가 걸렸던 프로그램의 인터럽트가 걸렸던 명령문 바로 다음 명령으로 돌아감.

 

 

4. 소프트웨어 인터럽트 걸기


sti    ; Set Interrupts

int 0x77    ; 0x77번 인터럽트를 건다

jmp $    ; while(1){};

 

인터럽트 관련 명령어

  • CLI(Clear Interrupts)
  • STI(SeT Interrupts)
  • POPF(Pop Flags)

 

sti명령으로 인터럽트를 활성화 시킵니다. 이 명령어를 실행하면

EFLAGS의IF 비트가 세트 되어 이후 명령부터 인터럽트를 받아들일 수 있게 됩니다.

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

I

D

V

I

P

V

I

F

A

C

V

M

R

F

0

N

T

I

O

P

L

O

F

D

F

I

F

=

1

T

F

S

F

Z

F

0

A

F

0

P

F

1

C

F


EFLAG 레지스터 - 9번 비트는 Interrupt Enable Flag(IF)로 system Flag 중 하나

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리눅스 시작 프로세스(Linux startup process)는 리눅스를 부팅하는 동안 이루어 지는 여러 단계로 이루어진 초기화 프로세스입니다. 

 

리눅스를 부팅하는 과정은 여러 단계와 소프트웨어 구성요소가 더불어서 이루어집니다. 여기에 펌웨어 초기화, 부트로더 실행, 리눅스 커널 이미지의 적재 및 시작, 그리고 여러가지 시작 스크립트와 데몬이 실행됩니다. 각 단계들과 구성요서들은 각각 다른 변화와 접근을 하게 됩니다. 예를 들어 GRUB, LILO, SYSLINUX, 혹은 Loadlin는 부트로더로서 사용이 됩니다.

 

 

리눅스 시작 프로세스의 구성요소는 다음과 같습니다.

  1. 바이오스 : 기본적인 I/O 시스템으로 MBR을 실행합니다.
  2. MBR -> 마스터 부트 레코드로 GRUB을 실행합니다.
  3. GRUB -> Grand Unified Bootloader 커널을 실행합니다.
  4. Kernel -> /sbin/init을 실행합니다.
  5. Iinit -> runlevel 프로그램을 실행합니다.
  6. runlevel -> /etc/rc.d/rc*.c/ 실행합니다.

 

1. BIOS 

BIOS는 시스템의 (1) 무결성을 검사하고, (2) 부트로더 프로그램를 검색하여, 적재하고, 실행시킵니다.

BIOS 시작 과정에서 MBR이 저장되어 있는 매체의 우선순위 순서를 변경할 수 있습니다.

부트로더 프로그램을 감지 하고 메모리에 적재하면, BIOS는 제어를 적재된 부트로더 프로그램에 넘깁니다.

 

2. MBR

MBR은 마스터 부트 레코드(Master Boot Record)를 의미합니다.

부팅 가능한 디스크에서 첫 번째 섹터에 위치하며, /dev/hda, 혹은 /dev/sda 입니다.

MBR은 GRUB 부트 로더를 실행합니다.

 

MBR의 사이즈는 512바이트 이하이며, 다음과 같이 3개의 구성요소로 이루어져 있습니다.

 

 1) 부트 로더 정보 (처음 445 바이트)

 2) 파티션 테이블 정보 ( 그 다음 64 바이트)

 3) mbr 적합성 검사(2바이트)

   

 

위 그림은 MBR을 도식화 한 것입니다.

 

3. GRUB

 

GRUB은 Grand Unified Boot loader를 의미합니다.

Splash 스크린 표시를 하고, 아무것도 입력하지 않으면 Grub 설정 파일에 지정된 기본 커널 이미지를 로드합니다.

Grub의 설정 파일은 /boot/grub/grub.conf이며, GRUB의 역할은 커널과 initrd 이미지를 실행시키는 것 입니다.

 

4. Kernel

커널은 Grub.conf에서 "root="로 표기된 루트 파일 시스템을 마운트 하고, /sbin/init 프로그램을 실행합니다.

Init은 리눅스 커널에 의해 실행된 첫번째 프로그램으로 PID는 1을 가집니다. .

Initrd는 initial Ram disk를 의미하고, Initrd는 커널이 진짜 루트 파일 시스템을 마운트 할 때까지 일시적인 루트 파일 시스템을 사용하는데, 디스크의 파티션에 접근하거나 다른 하드웨어를 접근 하는데 필요한 드라이버가 컴파일되어 들어있습니다.

 

5. Init

/etc/inittab file 에서 Linux run level을 결정함

아래의 가능한 run levels이 있음

0 – halt

1 – Single user mode

2 – 다중사용자, NFS 제외

3 – 완전 다중사용자 모드

4- 사용되지 않음

5 – x11

6 – 재부팅

Init은 /etc/inittab에서 디폴트 initlevel을 가리키며, 그 것을 이용하여 모든 적합한 프로그램을 메모리에 적재합니다.

보통 디폴트 run lelvel을 3 혹은 5를 설정합니다.

 

6. Runlevel programs

리눅스 시스템이 부팅될 때, 여러가지 서비스들이 시작되는 것을 볼 수 있습니다. 부팅할 때 보여지는 다음과 같은 메시지들이 그에 해당됩니다.

Ex) starting sendmail …. OK

이런 프로그램들은 runlevel 프로그램이며, run level로 정의된 디렉토리에서 실행이 됩니다.

기본 init level 설정에 달려 있으며, 시스템은 다음과 같은 디렉토리 중 하나에서 프로그램을 실행합니다.

  • Run level 0 - /etc/rc.d/rc0.d/
  • Run level 1 - /etc/rc.d/rc1.d/
  • Run level 2 - /etc/rc.d/rc2.d/
  • Run level 3 - /etc/rc.d/rc4.d/
  • Run level 4 - /etc/rc.d/rc5.d/
  • Run level 6 - /etc/rc.d/rc6.d/

/etc 디렉토리에 이러한 경로들의 심볼릭 링크가 존재하고, S로 시작하는 프로그램은 시작(start)에 이용되는 프로그램, K로 시작되는 프로그램은 종료(kill)에 이용되는 프로그램 입니다.

이러한 프로그램의 S 혹은 K 옆에 따라오는 숫자들은 실행 순서가 되겠습니다.

 

 

출처 : http://www.thegeekstuff.com/2011/02/linux-boot-process/

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