Первая часть

Первая статья еще не успела остыть, а я решил не держать вас в интриге и написать продолжение.

Итак, в предыдущей статье мы поговорили о линковке, загрузке файла ядра и первичной инициализации. Я дал несколько полезных ссылок, рассказал, как размещается загруженное ядро в памяти, как соотносятся виртуальные и физические адреса при загрузке, а так же как включить поддержку механизма страниц. В последнюю очередь управление перешло в функцию kmain моего ядра, написанного на Rust. Пришло время двигаться дальше и узнать, насколько глубока кроличья нора!

В этой части заметок я кратко опишу свою конфигурацию Rust, в общих чертах расскажу про вывод информации в VGA, и детально о настройке сегментов и прерываний. Всех заинтересованных прошу под кат, и мы начинаем.

Я решил написать статью, а если получится — то и серию статей, чтобы поделиться своим опытом самостоятельного исследования как устройства Bare Bone x86, так и организации операционных систем. На данный момент мою поделку нельзя назвать даже операционной системой — это небольшое ядро, которое умеет загружаться из Multiboot (GRUB), управлять памятью реальной и виртуальной, а также выполнять несколько бесполезных функций в режиме многозадачности на одном процессоре.

При разработке я не ставил себе целей написать новый Linux (хотя, признаюсь, лет 5 назад мечтал об этом) или впечатлить кого-либо, поэтому особо впечатлительных прошу дальше не смотреть. Что мне на самом деле захотелось сделать — разобраться, как устроена архитектура i386 на самом базовом уровне, и как именно операционные системы делают свою магию, ну и покопать хайповый Rust.

В своих заметках я постараюсь поделиться не только исходными текстами (их можно найти на GitLab) и голой теорией (ее можно найти на многих ресурсах), но и тем путем, который я прошел, чтобы найти неочевидные ответы. Конкретно в этой статье я расскажу о компоновке файла ядра, его загрузке и инициализации.

Мои цели — структурировать информацию у себя в голове, а так же помочь тем, кто идет похожим путем. Я понимаю, что аналогичные материалы и блоги уже есть в сети, но чтобы прийти к моему текущему положению, мне пришлось долго собирать их воедино. Всеми источниками (во всяком случае, которые вспомню), я поделюсь прямо сейчас.

Мне периодически приходится объяснять разным людям некоторые аспекты архитектуры Intel® IA-32, в том числе замысловатость системы адресации данных в памяти, которая, похоже, реализовала почти все когда-то придуманные идеи. Я решил оформить развёрнутый ответ в этой статье. Надеюсь, что он будет полезен ещё кому-нибудь.
При исполнении машинных инструкций считываются и записываются данные, которые могут находиться в нескольких местах: в регистрах самого процессора, в виде констант, закодированных в инструкции, а также в оперативной памяти. Если данные находятся в памяти, то их положение определяется некоторым числом — адресом. По ряду причин, которые, я надеюсь, станут понятными в процессе чтения этой статьи, исходный адрес, закодированный в инструкции, проходит через несколько преобразований.



На рисунке — сегментация и страничное преобразование адреса, как они выглядели 27 лет назад. Иллюстрация из Intel 80386 Programmers's Reference Manual 1986 года. Забавно, что в описании рисунка есть аж две опечатки: «80306 Addressing Machanism». В наше время адрес подвергается более сложным преобразованиям, а иллюстрации больше не делают в псевдографике.

Технология Secure Boot нацелена на предотвращение исполнения недоверенного кода при загрузке операционной системы, то есть защиту от буткитов и атак типа Evil Maid. Устройства с Secure Boot содержат в энергонезависимой памяти базу данных открытых ключей, которыми проверяются подписи загружаемых UEFI-приложений вроде загрузчиков ОС и драйверов. Приложения, подписанные доверенным ключом и с правильной контрольной суммой, допускаются к загрузке, остальные блокируются.

Более подробно о Secure Boot можно узнать из цикла статей от CodeRush.

• О безопасности UEFI, часть пятая

  
  

• Укрощаем UEFI SecureBoot

  
  

Чтобы Secure Boot обеспечивал безопасность, подписываемые приложения должны соблюдать некоторый «кодекс чести»: не иметь в себе лазеек для неограниченного доступа к системе и параметрам Secure Boot, а также требовать того же от загружаемых ими приложений. Если подписанное приложение предоставляет возможность недобросовестного использования напрямую или путём загрузки других приложений, оно становится угрозой безопасности всех пользователей, доверяющих этому приложению. Такую угрозу представляют загрузчик shim, подписываемый Microsoft, и загружаемый им GRUB.

Чтобы от этого защититься, мы установим Ubuntu с шифрованием всего диска на базе LUKS и LVM, защитим initramfs от изменений, объединив его с ядром в одно UEFI-приложение, и подпишем его собственными ключами.

Введение

Я занимаюсь разработкой приложений и драйверов для различных устройств авиационного применения. В Авиации используются ОС с более жесткими требованиями к надежности(ARINC 653), такие как VxWorks653, PikeOS или LynkOS. Разрабатывая приложения для авионики возникла проблема медленного доступа к данным на твердотельных накопителях подключенным по интерфейсу ATA. Это происходило из-за использования медленного программного интерфейса ATA. Я решил эту проблему реализацией драйвера AHCI.

В этой статье Я хочу кратко описать работу AHCI.


Архитектура устройства с AHCI контроллером.

В статье подробно рассказано о самомодифицирующимся коде (СМК), и о том, как его использовать в своих программах. Примеры написаны на C++ с использованием встроенного ассемблера. Ещё я расскажу о том, как выполнять код на стеке, что является существенным козырем при написании и выполнении СМК.

1. Вступление

Ну что ж, поехали. Статья обещает быть длинной, так как мне хочется написать её такой, чтобы у вас не возникло никаких вопросов. На тему СМК уже существует миллион статей, но здесь представлено моё видение проблемы – после сотен часов написания СМК… Я попытаюсь впихнуть все свои труды сюда. Всё, хватайте томатный сок (или что вы там предпочитаете пить), делайте музыку громче и готовьтесь узнать, как избавить своё приложение от начинающих кракеров! Попутно, я расскажу вам о памяти Windows и некоторых других вещах, о которых вы даже и не подозреваете.