Xv6 - учебная ОС - рассказывает об идеях, что лежат в основе операционных систем.

Научим xv6 работать в сети, познакомимся со стандартом виртуальных устройств VirtIO, деревом устройств DeviceTree, технологией Ethernet, сетевыми протоколами, возведем сетевой мост между виртуальными машинами.

Книга рассказала об идеях, что лежат в основе операционных систем, на примере xv6. Одна часть кода xv6 выражает основные идеи и каждая строка кода важна - переключение потоков, пространства пользователя и ядра, блокировки и т.д. Другая часть кода воплощает алгоритмы и структуры данных, которые легко заменить на другие - политика планирования процессов, структуры файлов на диске, устройство журнала файловой системы и т.д. Книга полагается на интерфейс системных вызовов Unix, который оказался успешным настолько, что идеи легли в основу и других современных ОС.

Книга об xv6 на русском языке в формате PDF, HTML и EPUB.

Трудно добиться быстродействия ядра, организовать параллельную работу потоков и при этом писать ясный код. Блокировки помогают параллельным потокам работать корректно, но иногда блокировки использовать трудно. Глава расскажет о хитрых сценариях с блокировками в xv6 и о сценариях без блокировок.

Файловая система организует и хранит данные. Пользователи и программы работают с данными, а файловая система сохранит данные даже после перезагрузки компьютера.

Файловая система xv6 предлагает Unix-подобные файлы, директории и пути и хранит данные на virtio-диске.

Глава расскажет, какие задачи решает файловая система xv6.

Глава расскажет, что такое мультиплексирование процессов, как xv6 переключает процессы, как xv6 синхронизирует процессы с помощью sleep и wakeup, как работает семафор, как работает канал (pipe), как случаются инверсии приоритетов и образуются конвои процессов, как правильно убить процесс и укротить грохочущее стадо процессов.

Ядро ОС выполняет программы параллельно и переключает потоки по таймеру. Каждый процессор выполняет поток независимо от других. Процессоры используют оперативную память совместно, поэтому важно защитить структуры данных от одновременного доступа. Потоки испортят данные, если процессор переключится на другой поток, когда первый поток еще не завершил запись.

Потоки конкурируют за доступ к структуре данных. Ядро кишит структурами, которые потоки используют совместно. Блокировки защищают данные при конкурентном доступе.

Глава расскажет, зачем нужны блокировки, как xv6 реализует и использует блокировки.

Драйвер управляет устройством - настраивает, отправляет команды, обрабатывает прерывания и общается с процессами, которые ожидают завершения ввода-вывода. Код драйвера зависит от конкретного устройства, поэтому изучайте документацию на устройство, чтобы понять код драйвера.

Устройство прерывает процессор, когда требует внимания. Обработчик прерывания опознает устройство и вызовет процедуру драйвера. В xv6 это делает процедура devintr.

Файл kernel/console.c содержит код драйвера терминала. Драйвер обрабатывает символы из последовательного порта UART на RISC-V, которые человек вводит на клавиатуре.

QEMU эмулирует микросхему 16550 UART и подключает клавиатуру и экран к UART. На реальном компьютере 16550 управляет портом RS232, который работает с терминалом или другим компьютером.

Драйвер накапливает символы в кольцевом буфере cons.buf. Индекс cons.r указывает на первый символ, который прочтет функция consoleread. Буфер хранит строки символов, а индекс cons.w указывает на начало последней строки, которую еще вводит человек. Индекс cons.e указывает позицию курсора в последней строке для ввода следующего символа.

Глава расскажет, как xv6 обрабатывает прерывания на RISC-V и о хитростях виртуальной памяти: как использовать ошибки доступа к страницам, чтобы оптимизировать работу ОС.

Глава расскажет о копировании страниц при записи, ленивой выдаче страниц, выдаче страниц по необходимости и сбросе страниц на диск.

ОС управляет виртуальной памятью с помощью таблиц страниц. Виртуальная память процесса - адресное пространство, защищенное от других процессов. ОС делит память на страницы одинакового размера и отображает страницы виртуальной памяти на страницы физической памяти. Так ОС предоставит процессу непрерывное адресное пространство, даже если страницы физической памяти расположены в другом порядке. Таблица страниц хранит для виртуальной страницы номер соответствующей физической страницы. Каждый процесс владеет личной таблицей страниц.

Глава рассказывает, как xv6 работает с виртуальной памятью и об устройстве виртуальной памяти RISC-V.

Эта инструкция - приложение к книге об учебной ОС xv6.

Xv6 работает на RISC-V. Для сборки кода xv6 и запуска под QEMU понадобятся RISC-V версии инструментов: QEMU 5.1+, GDB 8.3+, GCC, и Binutils.

Операционная система выполняет несколько процессов одновременно. ОС распределяет время работы с ресурсами компьютера между процессами. ОС даст каждому процессу шанс на выполнение, даже если число процессов больше числа процессоров.

ОС изолирует процессы друг от друга так, что ошибка в одном процессе не нарушит работу других.

ОС позволяет процессам взаимодействовать - обмениваться данными и работать совместно.

Глава 2 рассказывает, как xv6 выполняет эти требования, о процессах xv6 и как xv6 запускает первый процесс.

Эта книга рассказывает о принципах работы операционных систем на примере xv6. Операционная система xv6 реализует базовый интерфейс, который Кен Томпсон и Деннис Ритчи предложили в операционной системе Unix, и подражает внутреннему устройству Unix. Комбинации простейших механизмов Unix дают удивительную свободу действий. Современные операционные системы признали успех Unix и реализуют похожие интерфейсы - BSD, Linux, macOS, Solaris, и даже Microsoft Windows. Изучение xv6 поможет понять работу и других операционных систем.

Два года назад взялся писать программу, что помогает выставлять счета за аренду ковров. Прежде бухгалтер держал текст договоров в Word, расписание в Excel, а три дня каждого месяца убивал на подсчеты. Теперь программа сама рассчитает суммы и загрузит счета в 1С.

Компания такая не одна: защищу программу - продам ключи.

Защита программы - трудное дело. Исследую защитные алгоритмы на практике: вытащу из готовых программ, а чтобы никому не вредить, исследую программы, что специально написаны для взлома - crackme или keygenme.

Жребий пал на q_keygenme_1.0 by quetz.

Жив еще Visual Basic: программы еще живы. Байт-код VB выполняется виртуальной машиной msvbvm60.dll , которая до сих пор живет в каталоге C:\Windows .

Задача - разгадать алгоритм проверки ключей.
zira's ZittoKeygenme https://crackmes.one/crackme/648b452233c5d4393891390d

Здорово, когда программы разрешают себя отлаживать: какие бы тайны ни скрывали, выдадут. Честным программам скрывать нечего, но встречаются и вредные: такие программы мешают себя изучать, а то и вовсе отказываются работать.

Отладчик поможет изучить зашифрованный код. Программа расшифровывает код перед выполнением: проще остановить программу отладчиком и исследовать, чем расшифровывать код самостоятельно. Программа сопротивляется отладке, когда хочет этому помешать.

Посмотрим, как справиться с противодействием отладке на примере 1337ReverseEngineer's The Junkrat https://crackmes.one/crackme/62dc0ecd33c5d44a934e9922 .

Продолжаем решать головоломки: сегодня это 1337ReverseEngineer's VMAdventures 1 https://crackmes.one/crackme/63bd7f5733c5d43ab4ecf3ad

Задача: узнать верный пароль, на который программа выдаст "Correct key!".

Проверка пароля

С помощью дизассемблера находим строку "Correct key!" и код, что на нее ссылается. Над ним - цикл проверки пароля: eax пробегает по символам, а в edi - длина пароля.

Дня 3 назад заглянул на сайт crackmes.one попробовать силы во взломе защит. Просто наугад взялся за "hitTman's Kolay One!": просто по оценке Difficulty: 2.0 и Quality: 4.0. Не примитивно, но и не слишком сложно.

Оказалось, форма ввода пароля с подсказкой: текст кнопки "submit password" после нажатия меняется на число. Если попробовать разные символы пароля, заметно, что для одних и тех же символов число не меняется. Очевидно, пароль подается в хеш-функцию, а ее результат попадает на кнопку. Пробуя пары символов, легко узнать что число на кнопке - сумма чисел для символов пароля.