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ゼロからのOS自作入門 メモ (Day1-2)

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こんにちは、kaiwareです。

みかん本Day1その2。

前回の記事が長くなってしまったので続きを書いていく。

出現した用語の調査

「#!/bin/bash」とは

ShellScriptの1行目に #!/bin/bash と書かれていることがあるが、これは /bin/bash がスクリプトを実行することを表している。
この行のことを シェバン(shebang, シバン) と呼ぶ。

ループバックデバイス

mountコマンドの-o loopはループバックデバイスを指定するオプション。
ループバックデバイスとはLinuxの仮想デバイスの一種。
普通のファイル（例：disk.img）をブロックデバイス（ハードディスクのような扱い）としてマウントするための仕組み。

概念図：

文字コード

コンピュータは数字しか扱えないので、文字も内部では数値データとして扱っている。
その数値と文字の対応関係を文字コードと呼ぶ。

有名どころ：

  • ASCII
  • Unicode
  • Shift-JIS

BOOTX64.EFIファイルでは、Unicodeの一種である UCS-2 を使っている。
UCS-2は1文字を2Byte(16bit)で表す。例えば、Hは0x0048で表す。
ただし、Byte単位で表す場合は0x48 0x00の並びになる。
これはx86-64アーキテクチャがリトルエンディアンを採用しているためである。

リトルエンディアンとビッグエンディアン

多Byteの数値を並べる方法として、リトルエンディアンとビッグエンディアンがある。

リトルエンディアンは下位のByteから順番に並べていく方式である。
先程のHの例で示すと、UCS-2自体はHに対応するコードは0x0048だが、1Byteずつ並べると0x48 0x00になる。

ビッグエンディアンは上位のByteから順番に並べていく方式である。
Hを1Byteずつ並べると0x00 0x48になる。

OVMFとは

OVMF（Open Virtual Machine Firmware） は、UEFIファームウェアのオープンソース実装。
簡単に言えば、仮想マシンでUEFI環境を提供するためのファームウェア。
UEFIブートを伴う自作OSや仮想マシン環境を作るなら、OVMFは必須のツール。

🔍 用語の整理

用語 意味
BIOS 従来のブートファームウェア（レガシー）
UEFI BIOSの後継。より柔軟・安全なブート機構
OVMF QEMUなどの仮想環境で使うUEFIファームウェア（=UEFIの仮想マシン向け実装）

📦 OVMFの中身

OVMFは以下の2つのファイルで構成される：

ファイル名 内容
OVMF_CODE.fd UEFIファームウェア本体（読み取り専用）
OVMF_VARS.fd UEFI変数（ブート順・時刻など）を保持するNVRAM領域（書き込み可）

⚙ OVMFの役割

仮想マシンにおいて、以下のような役割を果たす：

  • UEFI準拠のブート：GPTディスクから起動可能（MBRでなくてもOK）
  • セキュアブート対応（一部構成では）
  • 自作OSのUEFIブート開発や検証に使われる
  • QEMUやKVM上でWindows/LinuxのUEFIブートテストが可能

💡 どこで使われている？

  • QEMU / KVM
  • libvirt や virt-manager
  • 自作OS開発環境

✅ まとめ

項目 内容
名称 OVMF（Open Virtual Machine Firmware）
正体 UEFIの仮想マシン用オープンソースファームウェア
主な用途 QEMUなどでUEFI環境を提供する
主な構成 OVMF_CODE.fd（コード）＋ OVMF_VARS.fd（変数領域）

🔧 OVMF_CODE.fd の提供元

EDK II（UEFI開発キット）の一部として、Tianocore プロジェクトが提供している。

  • EDK II（UEFI Development Kit II） は、UEFI Forum（Intel主導）によるオープンソースのUEFIファームウェア実装。
    • その中の「QEMUターゲット」向けビルド成果物が OVMF（Open Virtual Machine Firmware）。
  • Tianocore は EDK II の公式オープンソース開発プロジェクトであり、GitHub にコードが公開されている。

📎 Tianocore GitHub

📦 Linuxディストリビューション（Ubuntu, Fedoraなど）では、パッケージとして以下のような名前で提供される：

  • Debian / Ubuntu: ovmf
  • Fedora / RHEL: edk2-ovmf
  • Arch: edk2-ovmf

💻 通常のPC（実機）ではOVMFは使われない

物理PCのUEFIファームウェアは：

  • 各PCメーカー（例：ASUS, Dell, Lenovo, HP） が独自にビルド・提供
  • EDK IIをベースにしていることもあるが、独自のセキュリティ拡張や設定画面が加えられており、OVMFとは異なる
  • したがって、OVMF_CODE.fd をそのままPCにインストールして使うことはできない

🤖 OVMFの位置づけ

項目 内容
提供元 Tianocore / EDK II プロジェクト
配布形態 QEMU/KVM用の UEFI バイナリ（Linuxディストリでも配布）
対象 仮想マシンでUEFI動作を再現したい開発者・研究者
実機との違い 実機ではベンダー製のUEFIファームウェアが使われる（OVMFは非対象）

✅ まとめ

  • OVMF_CODE.fd は Tianocore（EDK II） が提供する仮想マシン向けのUEFIファームウェア。
  • QEMUやKVMなどの仮想マシン上でUEFIブートを可能にするためのもの。
  • 通常のPC起動時には使われない（実機はベンダー製UEFIファームウェアを使用）。

OS起動までの流れ

下記のUEFIアプリケーションがOS(ブートローダ)などに対応する。

BIOS

  • Basic Input Output System
  • コンピュータの電源を入れて最初に実行されるプログラム。
  • ファームウェアと呼ばれる。
  • OS起動前にコンピュータ内部を初期化する。
  • OS(ブートローダ)をストレージから読み出す。

UEFI

  • Unified Extensible Firmware Interface
  • BIOSの新しい仕様。
  • UEFIに従って作られたBIOSを UEFI BIOS と呼ぶ。

EFIファイル生成までの流れ

PE形式

  • PE: Portable Executable
  • Windowsでの実行可能ファイルの標準形式
  • EFIファイルでも一般的に採用されている
  • COFF形式のオブジェクトファイルをリンクして生成する(ことが一般的)

ELF形式

  • ELF: Executable and Linkable Format
    • 実行可能かつリンク可能フォーマット
  • Linuxでの実行可能ファイルの標準形式
  • ELFファイルはオブジェクトファイルの形式としても使える

次回

https://zenn.dev/kaiware0x/articles/mikan-osbook-day2

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