之前讲到了 Linux 是如何启动的，现在就写一个 UEFI 程序可以启动 Linux ，语言选择的是非常火热的 Rust 。

Linux Kernel 经过了这么多年的发展，其实完全有着 boot 的能力，使用 UEFI 启动 Kernel 其实是非常简单的一件事情，不再需要像以前 BIOS 启动老版本内核一样要把内核加载到某个内存地址，把参数放到某个内存地址，再将这个地址放到寄存器中等等复杂操作。

制作 Kernel 镜像

启动 Linux 之前我们首先需要一个 Linux Kernel 的镜像。

首先从 kernel.org 上拉取最新的 release Linux 6.5.5 ：

$ wget 'https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.5.5.tar.xz'
$ tar -xf linux-6.5.5.tar.xz
$ cd linux-6.5.5

再配置一下编译选项，要把内核编译成一个 EFI 格式的可执行文件：

$ make menuconfig

找到并进入 “Processor type and features” ，并勾选 “EFI stub support” ，。

目前的 Kernel 中 “EFI stub support” 是默认勾选，只是为了确认一下

然后就可以编译了：

$ make -j "$(nproc)"

完成之后可以看到在 arch/x86/boot/ 下有个 bzImage ，这就是编译出来的内核：

$ file arch/x86/boot/bzImage
arch/x86/boot/bzImage: Linux kernel x86 boot executable bzImage, version 6.5.5 (vandark@hustcpu01) #2 SMP PREEMPT Fri Sep 29 02:03:58 CST 2023, RO-rootFS, swap_dev 0xB, Normal VGA

构建 initramfs 和 rootfs

只是想要启动看看效果的话其实只需要复制 /boot/initramfs-linux.img 到 esp/efi/boot 中就可以了，这样的话能够进入一个使用内存当作磁盘的 Linux 环境中，但这也足以验证 Linux 的成功启动了。

编写 Rust UEFI 代码

#![no_main]
#![no_std]

extern crate alloc;

use alloc::vec::Vec;
use log::info;
use uefi::prelude::*;
use uefi::proto::device_path::build::media::FilePath;
use uefi::proto::device_path::build::DevicePathBuilder;
use uefi::proto::device_path::{DevicePath, DeviceSubType, DeviceType, LoadedImageDevicePath};
use uefi::proto::loaded_image::LoadedImage;
use uefi::table::boot::LoadImageSource;
use uefi::{
    entry,
    table::{Boot, SystemTable},
    Handle,
};

#[entry]
fn main(image_handle: Handle, mut st: SystemTable<Boot>) -> Status {
    uefi_services::init(&mut st).unwrap();
    let bt = st.boot_services();
    info!("Start booting...");
    let mut storage = Vec::new();
    let kernel_image_path = get_kernel_device_path(bt, &mut storage);
    let kernel_image_handle = bt
        .load_image(
            image_handle,
            LoadImageSource::FromDevicePath {
                device_path: kernel_image_path,
                from_boot_manager: false,
            },
        )
        .expect("failed to load kernel");
    // 加载 kernel image
    let mut kernel_loaded_image = bt
        .open_protocol_exclusive::<LoadedImage>(kernel_image_handle)
        .expect("failed to open LoadedImage protocol");
    // 设置参数，只设置了 initrd 没有设置 root
    let load_options = cstr16!(r"initrd=efi\boot\initramfs-linux.img");
    unsafe {
        kernel_loaded_image.set_load_options(
            load_options.as_ptr().cast(),
            load_options.num_bytes() as u32,
        );
    }

    // 启动 kernel image
    bt.start_image(kernel_image_handle).expect("failed to launch kernel");

    Status::SUCCESS
}

fn get_kernel_device_path<'a>(bt: &BootServices, storage: &'a mut Vec<u8>) -> &'a DevicePath {
    let loaded_image_device_path = bt
        .open_protocol_exclusive::<LoadedImageDevicePath>(bt.image_handle())
        .expect("failed to open LoadedImageDevicePath protocol");

    let mut builder = DevicePathBuilder::with_vec(storage);
    for node in loaded_image_device_path.node_iter() {
        if node.full_type() == (DeviceType::MEDIA, DeviceSubType::MEDIA_FILE_PATH) {
            break;
        }
        builder = builder.push(&node).unwrap();
    }
    builder = builder
        .push(&FilePath {
            path_name: cstr16!(r"efi\boot\bzImage.efi"),
        })
        .unwrap();
    builder.finalize().unwrap()
}

在 qemu 环境中运行：

$ mkdir -p esp/efi/boot
$ cp target/x86_64-unknown-uefi/debug/boot.efi esp/efi/boot/bootx64.efi
$ cp bzImage esp/efi/boot/bzImage.efi
$ cargo build --target x86_64-unknown-uefi
$ qemu-system-x86_64 -enable-kvm \
    -m 1G \
    -hda disk.qcow2 \
    -serial stdio \
    -drive if=pflash,format=raw,readonly=on,file=OVMF_CODE.fd \
    -drive if=pflash,format=raw,readonly=on,file=OVMF_VARS.fd \
    -drive format=raw,file=fat:rw:esp

OVMF 是为虚拟机开启 UEFI 支持的工具

运行结果

好耶！成功引导启动了 Linux ！