setup hardware di un calcolatore elettronico

[zabnicola]

sono un studente, sto studiando sistemi operativi.
Per capire di piu sui sistemi operativi cerco di realizzare un progetto.
Mi piacerebbe provare a scrivere un piccolo kernel fino al device manager.
Non ho mai lavorato nel settore elettronico, solo in ambito database e via dicendo.
Il mio obiettivo non è scrivere l'intero sistema operativo ma con la teoria studiata per l'esame saper leggere un codice sorgente nelle sue parti linux/openbsd e vederlo nella pratica funzionare.
Il progetto non parte perchè non trovo una libreria che mi simuli delle funzioni analoghe al BIOS implementate in C o Rust che mi visualizza i dati riguardo la scheda madre di cui è fatto il calcolatore: dimensione memoria centrale e dei dischi rigidi, schede video, processore e periferiche mouse e tastiera.

Non trovo nello specifico il codice sorgente di linux kernel oppure openbsd kernel di inizializzazione.
Qualcuno di voi lavorando nel settore firmware/sistemi ha avuto a che fare con inizializzazioni e setup? saprebbe indicarmi del materiale piu dettagliato su cui guardare?

Fino ad ora ho guardato
https://x0rg.github.io/CPU-X/
https://github.com/ThePhD/infoware

ma usano windows.h, utsnames.h and dmidecode.h.E' ok ma non mi è chiaro come i file .c corrispondenti mi restituiscono le informazioni sul processore e sul mouse.

[WarDuck]

Ciao e benvenuto!

Il mio obiettivo non è scrivere l'intero sistema operativo ma con la teoria studiata per l'esame saper leggere un codice sorgente nelle sue parti linux/openbsd e vederlo nella pratica funzionare.

Hai già finito il corso? Dove siete arrivati? State lavorando solo sulla teoria o fate anche programmazione? Da quello che dici immagino stiate lavorando su sistemi operativi POSIX.

Come stai messo a linguaggio C e ad assembly?

Senza rispondere a queste domande è difficile aiutarti in concreto.

[zabnicola]

Il corso si l'ho completato. conosco alla base tutti gli argomenti trattati.
La teoria del corso copre i principali argomenti come
comunicazione, sincronizzazione,schedulazione tra/di processi,
tecniche di livello della memoria centrale,
memoria virtuale, gestione dell ingresso uscita.
Il linguaggio C lo conosco abbastanza. Nel corso l'argomento avvio e generazione di un sistema operativo non è spiegato in dettaglio ma è superficiale per via del tempo.
L'assembly non lo conosco bene, se non qualcosa per sapere di cosa si tratta.
Stavo guardando bsd e linux come sistemi operativi.
Nei sorgenti di linux ho trovato arch_setup e il richiamo a print_cpu_info che inizializza una struttura dati con le informazioni del processore e pensavo di provarle includendole da sole in un modulo del kernel fatto apposta per quelle.

[WarDuck]

Il corso si l'ho completato. conosco alla base tutti gli argomenti trattati.
La teoria del corso copre i principali argomenti come
comunicazione, sincronizzazione,schedulazione tra/di processi,
tecniche di livello della memoria centrale,
memoria virtuale, gestione dell ingresso uscita.
Il linguaggio C lo conosco abbastanza. Nel corso l'argomento avvio e generazione di un sistema operativo non è spiegato in dettaglio ma è superficiale per via del tempo.
L'assembly non lo conosco bene, se non qualcosa per sapere di cosa si tratta.
Stavo guardando bsd e linux come sistemi operativi.
Nei sorgenti di linux ho trovato arch_setup e il richiamo a print_cpu_info che inizializza una struttura dati con le informazioni del processore e pensavo di provarle includendole da sole in un modulo del kernel fatto apposta per quelle.

Se riesci a leggere (e scrivere) il codice del kernel già è ottima cosa ;).

Tieni presente comunque che ci sono molti dettagli di basso livello che dipendono dal tipo di processore utilizzato e dal bios e questi sono tipicamente punti in cui è necessario conoscere l'assembly del processore utilizzato.

In Linux le funzioni di alto livello si poggiano su funzioni specifiche scritte per l'architettura del processore utilizzato (tutti i file dipendenti dall'architettura sono nella cartella "arch").

Ad esempio l'inizializzazione del processore e il setup dello stack per poi saltare a procedure di più alto livello come C.

In generale sarebbe buono conoscere anche tutta la parte relativa a come è strutturato un file eseguibile, le varie sezioni ad esempio: testo, dati, dati read-only, bss e via discorrendo.

Non avete fatto un corso di architetture dei calcolatori?

Per quanto riguarda gli OS ti segnalo questa wiki che è fatta mediamente bene:

https://wiki.osdev.org

Tieni comunque presente che in un modulo Linux si assume che molti dei passi iniziali del boot siano stati completati, per cui invocare alcune routine non è facilmente possibile senza combinare danni*

* a meno di non spegnere un core e fare il boot di un tuo kernel "bare-metal" su quello

[zabnicola]

Rimango del parere che il nome del modello della cpu è scritta nel Bios del notebook. Il bios rimane caricato nella ram fino a che il bootloader grub passi il tutto alla funzione di inizio del sistema operativo. Probabilmente il bootloader fa una copia del bios che era caricato in memoria ram sui primi settori del disco perche poi non viene più usato. Quindi se provassi a interrogare grub o leggere il blocco di memoria dove era salvato il bios momentaneamente dovrei riuscire a ottenere il nome del modello.

Non pensavo tanti problemi per sapere rilevare la cpu corrente e invece.

Ho letto su osdev la guida, funziona: il codice C di inizio viene caricato subito dopo che viene letto dal MBR che riporta la firma su come caricarlo.

Non ho sufficiente studio dell'assembly ma mi metteró ad impararlo gia nei prossimi giorni appena mi arriva il libro "Assembly impararlo con un simulatore"

Aggiorno tutti se ho qualcosa di concreto in piu

[WarDuck]

Rimango del parere che il nome del modello della cpu è scritta nel Bios del notebook.


Sicuro? E che succede se cambi CPU? :read:

Comunque ammesso e non concesso che vi sia una copia di questa informazione nel BIOS, è evidente che in qualche misura il BIOS dovrà leggere qualche informazione dalla CPU ;)

Nota per altro che è comunque la CPU che esegue il codice del BIOS.


Il bios rimane caricato nella ram fino a che il bootloader grub passi il tutto alla funzione di inizio del sistema operativo. Probabilmente il bootloader fa una copia del bios che era caricato in memoria ram sui primi settori del disco perche poi non viene più usato.

Quindi se provassi a interrogare grub o leggere il blocco di memoria dove era salvato il bios momentaneamente dovrei riuscire a ottenere il nome del modello.


Il BIOS è memorizzato nella EEPROM della scheda madre ed è mappato su indirizzi accessibili dalla CPU. Probabile che venga fatta una copia in RAM per motivi di efficienza. All'accensione il processore comincia ad eseguire da un indirizzo specifico, che punta alla prima istruzione del BIOS, il quale comincia la sua esecuzione.

Ad un certo punto il BIOS legge il primo settore del primo disco (512 bytes) e lo carica in RAM ad un indirizzo prestabilito, da lì in poi parte il boot loader di secondo livello che fa tutto quello che deve fare per consentire l'avvio (eventuale) dell'OS.


Non pensavo tanti problemi per sapere rilevare la cpu corrente e invece.

Ho letto su osdev la guida, funziona: il codice C di inizio viene caricato subito dopo che viene letto dal MBR che riporta la firma su come caricarlo.

Non ho sufficiente studio dell'assembly ma mi metteró ad impararlo gia nei prossimi giorni appena mi arriva il libro "Assembly impararlo con un simulatore"

Aggiorno tutti se ho qualcosa di concreto in piu

In realtà si può fare facilmente anche da user-space, ma conoscere qualcosina di assembly e dell'architettura della CPU sicuramente oltre ad essere necessario, aiuta ;).

[zabnicola]

Originariamente inviato da zabnicola
Il bios rimane caricato nella ram fino a che il bootloader grub passi il tutto alla funzione di inizio del sistema operativo. Probabilmente il bootloader fa una copia del bios che era caricato in memoria ram sui primi settori del disco perche poi non viene più usato.

dalla eeprom su cui è memorizzato, il bios va in esecuzione
E' cosi in memoria centrale per essere eseguito dal processore, questo a patto che la eeprom non faccia anche da memoria centrale.

[#1 Problema] Sto lavorando sul modulo semplice in debian 9. Pultroppo non capisco dove sbaglio.
[#2 Soluzione] Ho installato gli header che occorrono per includere le funzioni di sistema operativo.

[#3 Modello applicazione]
apt-get install build-essential linux-headers-4.9.0-14-amd64
vim m_example.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
static int __init m_example_init(void) {
printk(KERN_INFO “Load module 1 \n”);
return 0;
}

module_init(m_example_init);

EOF
#cartelle in cui guarda
/usr/include
locate init.h

[#1] non lo riporto tutto, sono comunque qualche righe di codice per iniziare. Mi restituisce questo errore
mod_zab/m_example.c|1|fatal error: linux/init.h: No such file or directory|
Eppure ho installato gli header.So che va a guardare in /usr/include ed in effetti cercando il file non è presente.
-- --
E' possibile scrivere moduli kernel anche per piattaforma Windows e FreeBsd, ma per quanto riguarda Windows esula dall'obbiettivo che mi sono prefissato: di recuperare le informazioni sulle specifche hardware sull'architettura x86 x64.
Invece Bsd ho trovato poca documentazione su come creare un modulo.


Come dicevi resta da vedere se quelle funzioni sono usabili anche in userspace.
[#4 Soluzione] La funzione che cerco di aggiungere è la print_cpu_info che si trova nei sorgenti common.c della architettura.
https://elixir.bootlin.com/linux/v2.6.32.27/source/arch/x86/kernel/cpu/common.c#L937

[WarDuck]

Come stai compilando il modulo?

Ti serve uno specifico Makefile per compilare i moduli del kernel Linux:

https://www.cyberciti.biz/tips/compiling-linux-kernel-module.html

Gli include files dovrebbero trovarsi nella cartella "/usr/src/linux-headers-$(uname -r)"

;)

PS: occhio che devi registrare anche la funzione per rimuovere il modulo (con module_exit) altrimenti poi non lo puoi rimuovere.

[zabnicola]

[#6 soluzione, problema]
Ho installato #7 il pacchetto kernel-devel in opensuse Lead 15. Ora con il comando make ho il modulo compilato e pronto per essere caricato nel kernel.


[#7 applicazione]
zypper in kernel-devel
cd /home/zabnicola/hello_mod_zab/hello/
ls
m_example.c
Makefile
EOF
vim Makefile
obj-m += m_example.o

all:
make -C /lib/modules/5.3.18-lp152.50-default/build
M=/home/zabnicola/hello_mod_zab/hello/ modules

clean:
make -C /lib/modules/5.3.18-lp152.50-default/build M=/home/zabnicola/hello_mod_zab/hello/ clean
EOF
make
make: Entering directory '/usr/src/linux-5.3.18-lp152.50-obj/x86_64/default'
CC [M] /home/zabnicola/hello_mod_zab/hello/m_example.o
Building modules, stage 2.
MODPOST 1 modules
CC /home/zabnicola/hello_mod_zab/hello/m_example.mod.o
LD [M] /home/zabnicola/hello_mod_zab/hello/m_example.ko
make: Leaving directory '/usr/src/linux-5.3.18-lp152.50-obj/x86_64/default'

insmod m_example.ko
dmesg | tail -1
[ 8929.885648] Load module 1
rmmod m_example.ko
dmesg | tail -1
[ 9103.987749] Cleaning up module 1
--


Aggiungo la funzione di rimozione del modulo dal kernel.

[#8 Linguaggio]
#include <linux/module.h> // included for all kernel modules
#include <linux/kernel.h> // included for KERN_INFO
#include <linux/init.h> // included for __init and __exit macros

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zabnicola");
MODULE_DESCRIPTION("A Simple Hello World module");

static int __init hello_init(void){
printk(KERN_INFO "Load module 1\n");
return 0; // Non-zero return means that the module couldn't be loaded.
}

static void __exit hello_cleanup(void){
printk(KERN_INFO "Cleaning up module 1\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_cleanup);
EOF