2.2. 커널 이미지 파일의 구조
이미 커널을 컴파일 해본 사람은 최종 커널 이미지 파일이 압축되어 있단 것을 알 수있을 것이다. [1]이제 LILO가 메모리에 커널을 읽어 올리고 실행해 주기 까지의 과정을 살펴볼 것이다.
그에 앞서 커널 이미지 파일의 구조에 대해 먼저 알아본다. 구조를 알아야 LILO가 커널을 어떤 식으로 부팅하게 해주는지 이해가 빠를 것이다.
zImage나 bzImage나 구조는 같다. 단지 메모리에 올려지는 위치나 동작 방식이 약간 차이가 있기 때문에 이것이 감안된 각각에 맞는 코드가 사용될 뿐이다.
그림 2-2에서 회색 부분이 진짜 리눅스 커널이고 압축되어 있는 상태다. 여기에 압축을 풀어주기 위한 'head + misc'가 앞부분에 붙어 있고 다시 이 한 덩어리의 이미지에 메모리에 올려진 커널의 압축이 제대로 풀리도록 미리 준비하는 "setup"과 부팅할 때 사용되는 "bootsect"가 붙어 최종 커널 이미지 파일을 만든다.
bbootsect나 bsetup의 앞에 붙은 b는 bzImage의 앞에 붙은 b와 같은 의미로 "big kernel"을 의미한다. bbootsect는 플로피로 부팅될 때 즉 부트로더가 없이 커널이 직접 읽혀져 부팅될 때 필요한 부트 섹터다. lilo에 의해 부팅되는 경우는 필요 없는 부분이다.
2.2.1. 커널의 부팅
lilo에 의해 부팅이 시작되면 LILO는 bzImage를 하드 디스크에서 읽어 메모리에 올려 놓고 LILO에 의한 부팅일 경우 필요 없는 bbootsect를 건너뛴 bsetup에서부터 실행되도록 해준다. LILO의 역할은 bsetup에 실행 권을 넘겨주는데 까지다.
실행된 bsetup은 메모리 세팅을 마치고 압축된 커널 이미지의 압축을 풀기 위한 코드로 실행을 옮긴다. "head + misc"로 표시된 부분이고 이곳이 실행되면 piggy.o는 압축이 풀려 실행 가능한 리눅스 커널이 메모리에 존재하게 된다. 압축이 풀릴 때 화면에 "Uncompressing Linux... "란 메시지가 출력된다.
그러나 압축이 풀렸다고 해서 바로 커널을 실행하는 것은 아니고 메모리 낭비를 막기 위한 정리를 한번 다시 하고 나서 커널이 실행된다. 압축이 풀리고나면 처음 LILO에 의해 읽혀진 커널 이미지는 필요 없게 된다. 그러므로 이 부분을 내버려두면 그만큼 메모리 낭비이므로 압축 풀린 커널 이미지를 옮겨와 되도록 많은 메모리를 사용하도록 한 후 커널을 실행해 준다. 커널이 실행되기 시작하면 "ok, booting the kernel."이 출려되고 커널에 의한 출력이 화면에 나타나게 된다.
2.2.2. zimage와 bzImage의 차이
zimage와 bzImage는 무슨 차이가 있는걸까? 필자는 처음에 z와 b의 의미 때문에 gzip으로 압축하거나 아니면 bzip2로 압축한 것의 차이인줄 알았지만 압축은 gzip으로 같고 단지 z는 압축했단 의미고 b는 'big kernel'이란 뜻인걸 알았다. 왜 이렇게 나눠졌는가?
이미 1.7절에서 언급했던 것 처럼 커널의 크기가 너무 커서 압축 후에도 일정 크기를 넘어가면 zImage 대신 bzImage를 사용해야한다고 했는데 이유는 다음과 같다.
pc가 처음 만들어질 땐 OS로 도스가 사용됐고 이 때 M$의 유명한 분이 640KB면 충분하다고 했단 소릴 들은적이 있을 것이다. 처음 PC가 만들어질 때의 CPU는 8086으로 16bit CPU 였다. 이 프로세서가 지원하는 최대의 메모리는 1MB였기 때문에 모든 어드레스 스페이스가 1MB 내로 제한됐다. 그러므로 램을 640kb 사용하고 나머지 영역엔 MGA, VGA와 같은 다른 디바이스를 할당해 줬다.
문제는 여기서 시작되는데 AT시절의 PC 기본 구조는 현재까지도 계속 유지되고 있기 때문에 PC가 처음 부팅되면 하위 1MB 만을 사용한다고 생각하면 된다. 보호모드라고 알고 있는 386 이상의 cpu가 가진 기능을 사용하지 않고 리얼모드란 8086 호환 모드를 사용하기 때문인데 이는 OS가 보호모드를 사용할 상태를 만들고 전환하기 전까지는 계속 리얼모드로 남아있기 때문이다.
리눅스 커널의 크기가 커서 커널을 읽어들이는 프로그램 크기나 시스템에서 사용되는 약간의 메모리를 제외한 나머지 램의 빈공간에 읽어 들이지 못하면 하위 1MB가 아니라 그 이상의 연속된 메모리에 커널을 읽어 들이고 압축을 푸는 등의 일을 해야할 것이다. 반대로 남은 용량에 커널이 들어갈 수 있다면 당연히 읽어 들이고 압축을 풀면 끝날 것이고...
이렇게 메모리에 처음 적재되고 압축 풀리고 하는 절차와 위치가 다르기 때문에 zImage와 bzImage오 나뉜 것이고 커널 이미지 파일의 앞부분 bootsect와 setup이 각각에 따라 맞는 것으로 합쳐지게된다. 그리고 bzimage의 경우 하위 1M는 사용하지 못하는데 리눅스에선 그렇다!
컴파일 단계에서 make zImage 했을 경우 System is too big. Try using bzImage or modules. 라고 에러가 난다면 더 많은 부분을 module로 만들거나 bzImage를 사용해야한다.