Системное программирование *

by Niklaus Wirth
Professor (retired)
Swiss Federal Institute of Technology (ETH)
Zurich, Switzerland

В 1988 году мы с Юргом Гуткнехтом завершили и опубликовали язык программирования Оберон [1, 2], который являлся преемником двух других языков, Паскаля и Модулы-2, разработанных мной ранее. Язык Оберон был спроектирован нами изначально как более рациональный и эффективный, чем Модула-2, что облегчило студентам академической системы образования освоение компьютерной науки. Не останавливаясь на достигнутом, в 1990 году мы построили современную операционную систему (ОС) Оберон для рабочих станций, использующую окна и возможности для обработки текстов. Затем мы опубликовали книгу, раскрывающую детали как компилятора Оберона, так и одноимённой ОС. Книга, названная «Проект Оберон», включала в себя исходные тексты системы.

Несколькими годами позднее мой друг Пол Рид предложил мне издать репринт книги, в силу её значимости для изучения системной архитектуры и дающей хорошую стартовую точку для желающих строить надёжные системы c нуля.

Всем привет.
В этой статье я расскажу, как мы делали sip-телефон на базе stm32f4-discovery с помощью своей встраиваемой ОС Embox. Характеристики stm32f4-discovery (144MHz, 192Kb RAM, 1Mb ROM) могут вызывать сомнения о возможности такой реализации. Нам самим было интересно, получится ли? В качестве ответа можно посмотреть видео, а в самой статье — технические подробности.

Доброго времени суток %username%.

Захотелось мне пописать что-то ненормальное. Выбор пал на ОС, в конце-концов каждый программист должен написать свою ОС, пусть хотя бы учебную.

Как некоторым известно, я очень люблю язык Go ну, и решил попробовать написать на нем. Что из этого получилось — под хабракатом.

Part 0x00
Part 0x01

Совсем недавно вышло исправление, устраняющее полное зависание 32-битного ядра Linux при загрузке на процессорах Intel. Здесь небольшая история о том, откуда появилась ошибка и какие проводились исследования по поиску причин её возникновения.

После полугода разработки организация UEFI Forum выложила наконец в открытый доступ документацию по новым стандартам Platform Initialization 1.4, Advanced Configuration and Power Interface 6.0 и Unified Extensible Firmware Interface 2.5, на базе которых сейчас разрабатывается абсолютное большинство прошивок для ПК и серверов.
Обычно между выпуском новых версий стандартов и первыми прошивками на их базе проходит обычно от 4 до 6 месяцев, но уже сейчас можно предсказать с высокой долей вероятности, какие именно новые возможности появятся в UEFI для платформ на базе процессоров Intel Skylake и AMD Falcon Series.
Я решил разделить описание новшеств на 3 части, иначе оно рискует оказаться очень длинным и читать его никто не станет. Если вас интересуют новшества, описанные в стандарте PI 1.4 и мои комментарии к ним — добро пожаловать под кат.

О нужности/ненужности, достоинствах/недостатках концепции модулей в языках программирования есть очень много публикаций и обсуждений, поэтому я просто расскажу о реализации системы модулей в языках Оберон-семейства.

Модуль в Оберонах — это не только единица компиляции, загрузки и связывания, это ещё и механизм инкапсуляции. При обращении к сущностям подключенного( импортированного ) модуля, требуется обязательная квалификация этого модуля. Например, если модуль A импортирует модуль B, и использует его переменную v, то обращение к этой переменной должно иметь форму B.v, что снижает количество трудноотcлеживаемых ошибок использования совершенно других сущностей с тем же именем в немодульных языках, зависящих от последовательности подключения файлов и поведения компилятора.

Языкам программирования семейства Оберон не суждено было прорваться в мейнстрим, хотя они и оставили заметный след в IT-индустрии. Однако, и операционные системы, написанные на этих языках (являясь одновременно и программными каркасами различных решений и средами разработки), и сами языки программирования используются в учебной, исследовательской и промышленной сферах и по сей день, понуждая к творчеству и экспериментам, развиваясь и впитывая новые веянья индустрии и влияя на неё.

Этой обзорной статьёй я открываю серию статей, посвящённых языку Активный Оберон и операционной системе A2, написанной на этом языке.

Итак, встречайте — Активный Оберон

Первая публикация по Активному Оберону появилась в 1997 году, но понятно, что язык и его реализация появились несколько раньше. За эти годы произошло много изменений в языке, переработана среда времени выполнения, написана операционная система A2…

Мне тут коллеги одну полезную нагрузочку дали. Я быстренько с вами проведу беседу о вреде избирательной слепоты, поскольку с нею, проклятою, в нашей индустрии не совсем благополучно. Значит, перво-наперво, прежде чем с нею бороться, с нашим общим врагом – слепотой проклятой, давайте мы как следует обсудим и изучим примеры того, что не видит сообщество, чтобы наверняка знать, как оно может быть на самом деле.

Разработка прошивок, даже если она ведется не на ассемблере для экзотических архитектур, а на C для i386/amd64 — дело весьма непростое, да и цена ошибки может быть крайне высокой, вплоть до выхода целевой аппаратной платформы из строя, поэтому использование различных техник предотвращения ошибок на самых ранних этапах разработки — необходимость.

К сожалению, о формальной верификации или использовании MISRA C в случае UEFI-прошивок остается только мечтать (с другой стороны, мало кто хочет тратить на разработку прошивки пару лет и 50% бюджета проекта), поэтому сегодня поговорим о статическом анализе, а точнее — о популярном на Хабре статическом анализаторе PVS-Studio, которым попытаемся найти ошибки в открытом коде UEFI для Intel Galileo.

За результатами проверки покорнейше прошу под кат.

Допустим, вы крупная Компания. Занимаетесь разработкой Браузера, Почтовика и даже ОС для смартфонов. Неожиданно вы понимаете, что вам не нравится современный и мощный язык С++. Ну или нравится, но работать с ним невозможно. Бывает. И вот вы, взрослая стабильная компания решаете разработать новый язык программирования. Рецепт простой. Берете бочку денег, книжки по истории ИТ, роту программистов и грузовик МакБуков. Долго думаете, быстро кодите, разводите хайп в соцсетях (реддит, фейсбук, гитхаб). И вот, в 2015-м году вы даете сообществу The Язык. Назовем его Яист.

Все знают и любят ассемблер x86. Большинство его инструкций современный процессор исполняет за единицы или доли наносекунд. Некоторые операции, которые декодируются в длинную последовательность микрокода, или ожидающие доступа к памяти могут исполняться намного дольше — до сотен наносекунд. Этот пост — о рекордсменах. Хит парад из четырех инструкций под катом, но для тех, кому лень читать весь текст, я напишу здесь, что главный злодей — [memory]++ при определенных условиях.



КПДВ взята из документа Агнера Фога, который, наряду с двумя документами от Intel (optimization guide и architecture software development manual) содержат много полезного и интересного по теме.

День добрый! В прошлой статье я описывал, как «поднять» с нуля SoC от Altera.
Мы остановились на том, что измерили пропускную способность между CPU и FPGA, когда копирование выполняется процессором.

В этом раз мы пойдем немного дальше и реализуем примитивный DMA в FPGA.
Кому интересно — добро пожаловать под кат.

Для чего вообще нужно внедрять свои DLL-ки в чужие процессы и устанавливать там хуки? Для того, чтобы понять какие функции будет вызывать это приложение, с какими параметрами и что эти функции вернут. Таким образом мы можем понять внутреннюю логику работы этого приложения, узнать к каким файлам оно пытается получить доступ, какие данные пересылает по сети, мы можем добавить в него логирование, профилирование, отладить баг, получить из приложения некоторые данные или наоборот — добавить в его интерфейс что-нибудь нужное нам. Хуки использует известная утилита Spy++ для работы с окнами приложений, DirectX-отладчики вроде RenderDoc, некоторые утилиты от SysInternals, программы типа ApiMonitor и т.д.

Некоторое время назад я писал вводные статьи об использовании хуков на примерах библиотек Microsoft Detours и madCodeHook (если вы совсем не знакомы с хуками — это то, с чего можно начать). Описанных там техник достаточно для работы с обычными приложениями, но время не стоит на месте и вот сегодня у нас уже есть Metro Modern-приложения, входящие в комплект Windows 8 и Windows 10, а также распространяющиеся через Microsoft Store программы сторонних производителей. К примеру, новый браузер Spartan — это Modern-приложение. Внедрение DLL в эти процессы имеет свои особенности и на первый взгляд может даже показаться невозможным, но это не так. В этой статье я расскажу, как мы можем залезть внутрь Modern-приложения и установить в нём хуки в своих коварных целях.

Сегодня, как и обещала, я продолжу тему планирования легких сущностей, которую уже начала в своем цикле статей. В нем я рассказала о внутреннем устройстве tasklet, workqueue и protothread. Конечно, тема не ограничивается лишь этими примерами: есть еще FreeRTOS с ее coroutine, или GNU Portable threads; или можно отойти от структур и библиотек, применяющихся в ОС, и вспомнить различные green threads, которых становится все больше и больше.

На этот раз я хочу поделиться тем, как мы реализовали легкие потоки в проекте Embox. С одной стороны мы постарались учесть опыт предыдущих разработок, с другой — привнести что-то новое.

Привет, Хабрахабр!

В предыдущей статье я рассказал про vfork() и пообещал рассказать о реализации вызова fork() как с поддержкой MMU, так и без неё (последняя, само собой, со значительными ограничениями). Но прежде, чем перейти к подробностям, будет логичнее начать с устройства виртуальной памяти.

Конечно, многие слышали про MMU, страничные таблицы и TLB. К сожалению, материалы на эту тему обычно рассматривают аппаратную сторону этого механизма, упоминая механизмы ОС только в общих чертах. Я же хочу разобрать конкретную программную реализацию в проекте Embox. Это лишь один из возможных подходов, и он достаточно лёгок для понимания. Кроме того, это не музейный экспонат, и при желании можно залезть “под капот” ОС и попробовать что-нибудь поменять.

^{HCF, n. Mnemonic for ‘Halt and Catch Fire’, any of several undocumented and semi-mythical machine instructions with destructive side-effects <...>
Jargon File}

В предыдущем посте я начал рассказ об областях применения ассемблера при разработке программных моделей вычислительных систем — симуляторов. Я описал работу программного декодера, а также порассуждал о методе тестирования симулятора с помощью юнит-тестов.
В этой статье будет рассказано, зачем программисту нужны знания о структуре машинного кода при создании не менее важной компоненты симулятора — ядра, отвечающего за моделирования отдельных инструкций.
До сих пор обсуждение в основном касалось ассемблера гостевой системы. Пришло время рассказать об ассемблере хозяйском.

Введение
В этой статье мы попробуем разобраться как работает Return Oriented эксплоит. Тема, в принципе, так себе заезженная, и в инете валяется немало публикаций, но я постараюсь писать так, чтобы эта статья не была их простой компиляцией. По ходу нам придется разбираться с некоторыми системными особенностями Linux и архитектуры x86-64 (все нижеописанные эксперименты были проведены на Ubuntu 14.04). Основной целью будет эксплуатирование тривиальной уязвимости gets с помощью ROP (Return oriented programming).

Наблюдая за появляющимися драйверами в ядре Linux, не могу не отметить, что разработчики недостаточно хорошо знают инфраструктуру ядра, точнее внутренний API, значительно упрощающий жизнь при написании драйверов устройств. Сегодня я коснусь темы, посвящённой управляемым ресурсам. В частности поясню каким образом они работают и как упрощают разработку драйверов.

^{Instructions, registers, and assembler directives are always in UPPER CASE to remind you that assembly programming is a fraught endeavor
golang.org/doc/asm}

На Хабре да и в Интернете в целом есть довольно много информации про использование языков ассемблера для всевозможных архитектур. Пролистав доступные материалы, я обнаружил, что чаще всего освещаемые в них области использования ассемблера и родственных технологий следующие:

1. Встраиваемые (embedded) системы.
2. Декомпиляция, обратная разработка (reverse engineering), компьютерная безопасность.
3. Высокопроизводительные вычисления (HPC) и оптимизация программ.

И конечно же, в каждой из этих областей существуют специфические требования, а значит свои понятия об инструментах и «свой» ассемблер. Эмбедщики смотрят в код через редактор и дебаггер, реверс-инженеры видят его в декомпиляторах вроде IDA и radare2 и отладчиках ICE, а HPC-спецы — через профилировщики, такие как Intel® VTune™ Amplifier, xperf или perf.
И захотелось мне рассказать об ещё одной области программирования, в которой ассемблеры частые спутники. А именно — об их роли при разработке программных моделей вычислительных систем, в простонародье именуемых симуляторами.

Доброго времени чтения, уважаемые участники habrahabr.ru

При моделировании иногда возникают проблемы с пониманием задачи и пониманием пользователя. В данной статье предлагается вариант взаимодействия пользователя с задачей — восприятия задачи пользователем.



Попытка описания исходных данных для анализа:

Синими — с подписью вверху «Бытие» — нарисованы гиперболические конусы, отображающие усложнение природы. Ось симметрии конусов — ось «Абстрактность».