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SOS 2 le retour 20 ans après… Episode 3

Temps de lecture : 7 minutes

Les épisodes précédents

Introduction

Si tu arrives ici par hasard, note que l'idée c'est de faire tourner, dans un contexte remis au goût du jour, un OS 32 bits dont le code date d'une vingtaine d'années. Ce qui est vraiment génial c'est que Simple OS (c'est le nom de l'OS en question) est excessivement bien documenté car, à l'époque, toute une série d'articles étaient parus à son sujet dans Linux Mag. Je te laisse lire les articles de l'époque ainsi que les épisodes précédents de cette série. En ce qui concerne mes billets, je t'incite très fortement à lire le 1 puis le 0 puis de reprendre un ordre "normal" (oui, je confirme, la vie n'est pas un long fleuve tranquille).

Dans l'épisode 3, l'article original parle de la gestion de la mémoire physique.

Voilà ce qui tourne ce soir sur mon PC

Il ne faut pas hésiter à cliquer pour agrandir les images.

Dans le reste de ce billet j'explique comment y arriver. Je suppose que tu as lu les épisodes précédents de cette série ainsi que les articles originaux. Je ne reviens pas dessus mais je suppose aussi que Docker et QEMU sont installés. Si ce n'est pas le cas, ce n'est pas très grave. Lis les articles 1 et 2. En ce qui concerne sos2-2 (résultat de l'épisode 2) tu peux récupérer l'ensemble de l'arborescence sur GitHub. Quand c'est fait, extraie le zip dans un répertoire quelconque. Attention, quand tu dézippe vérifies que les fichiers du projet sont bien sous ./sos2-2 et qu'il n'y a pas une arborescence du style ./sos2-2/sos2-main avec les fichiers en dessous. Si c'est le cas, remonte les fichiers et les répertoires du projet d'un cran pour qu'ils soient bien tous directement sous ./sos2-2. Bref, il faut que tu arrives à un truc du style :

Ensuite copie-colle le code ci-dessous dans un script PowerShell que tu dois nommer Create_sos2-3.ps1 (voir contenu du script). Prends soin à ce que, dans l'arborescence des fichiers, ce script soit "au-dessus" du répertoire sos2-2. Comme d'habitude maintenant, l'objectif du script est de :

  • Faire une copie de l'arborescence de l'épisode précédent (ici sos2-2)
  • De le renommer sos2-3
  • De rapatrier, à titre de référence, les sources des épisodes 2 et 3 historiques
  • De copier dans l'arborescence de sos2-3 les nouveaux fichiers qui sont apparus entre les versions des épisodes 2 et 3 de SOS. On fait ça afin de coller au mieux au code source original.
# Make a copy of the directory containing previous version of sos2 and name it sos2-3
Copy-Item ./sos2-2 ./sos2-3 -Recurse

Set-Location ./sos2-3

if (Test-Path -Path "./.git") {
    # Supprimer le répertoire .git
    Remove-Item ./.git -Recurse -Force
} 

if (Test-Path -Path "./download") {
    # Clean up ./download
    Get-ChildItem .\download\ | Remove-Item -Recurse -Force
}else{
    New-Item ./download -ItemType Directory
}

# Get a copy of the article 2 and article 3
Invoke-WebRequest -URI http://sos.enix.org/wiki-fr/upload/SOSDownload/sos-code-art2.tgz -OutFile ./download/sos-code-art2.tgz
tar -xvzf ./download/sos-code-art2.tgz -C ./download

Invoke-WebRequest -URI http://sos.enix.org/wiki-fr/upload/SOSDownload/sos-code-art3-lm64.tgz -OutFile ./download/sos-code-art3-lm64.tgz
tar -xvzf ./download/sos-code-art3-lm64.tgz -C ./download

# Compare both directories and display differences
$Directories = Get-ChildItem .\download\sos-code-article3\ -Directory
foreach ( $Directory in $Directories) {
    $Name = Split-Path -Path $Directory -Leaf
    $Prev_Ver = Get-ChildItem -Recurse -Path .\download\sos-code-article2\$Name
    $New_Ver = Get-ChildItem -Recurse -Path .\download\sos-code-article3\$Name
    # Compare-Object $Prev_Ver $New_Ver -Property Name, Length -IncludeEqual
    Compare-Object $Prev_Ver $New_Ver -Property Name, Length 
}

# Replace the current ./hwcore with the one coming from article2
# Copy-Item ./download/sos-code-article2/hwcore ./ -Recurse -Force

# update main.c and types.h with version from article 2
Copy-Item ./download/sos-code-article3/sos/errno.h ./sos/errno.h
Copy-Item ./download/sos-code-article3/sos/list.h ./sos/list.h
Copy-Item ./download/sos-code-article3/sos/macros.h ./sos/macros.h
Copy-Item ./download/sos-code-article3/sos/main.c ./sos/main.c
Copy-Item ./download/sos-code-article3/sos/physmem.c ./sos/physmem.c
Copy-Item ./download/sos-code-article3/sos/physmem.h ./sos/physmem.h
Copy-Item ./download/sos-code-article3/sos/types.h ./sos/types.h

# Copy Create_sos2-2.ps1 in ./tools/Create_sos2-2.ps1
Copy-Item ../Create_sos2-3.ps1 ./tools/Create_sos2-3.ps1
# Remove-Item ../Create_sos2-3.ps1

# Launch VSCode from the current dir
# code .

Note qu'à la toute fin du script il y a 2 lignes qui sont en commentaire et que tu peux activer si tu souhaites supprimer, du répertoire du dessus, le script. Pas d'angoisse, une copie du script a été faite et se trouve dans ./tools. Sinon la dernière ligne lance l'excellent VSCode.

Bon, allez, on "build" le projet.

Ça va râler un peu mais ce n'est pas grave... Depuis le terminal de VSCode, lance l'image Docker avec la commande suivante :

docker run --rm -it -v $pwd/:/root/env sos2-buildenv

Ensuite, depuis le terminal de l'image, tu "build" avec les commandes :

make clean
make

Voilà ce que je vois

Ça, c'est facile. C'est même un classique dorénavant. Cette erreur de compilation est due au fait que le main.c de l'épisode 3 historique "cause" Grub 1 alors que SOS2 doit parler Grub 2... Relis les épisodes précédents si besoin. Dans main.c il faut faire la modification suivante :

// #include <bootstrap/multiboot.h>
#include <sos/multiboot2.h>

Build.

Make clean
Make

Du coup il y a plus de messages mais ce n'est pas trop gênant... Ce sont encore des histoires de structures de données liées à Grub 1

Dans le fichier main.c je te propose de faire les modifications suivantes :

// multiboot_info_t *mbi;
// mbi = (multiboot_info_t *) addr;

Puis

// if (magic == MULTIBOOT_BOOTLOADER_MAGIC)
//   /* Loaded with Grub */
//   sos_x86_videomem_printf(1, 0,
// 		    SOS_X86_VIDEO_FG_YELLOW | SOS_X86_VIDEO_BG_BLUE,
// 		    "Welcome From GRUB to %s%c RAM is %dMB (upper mem = 0x%x kB)",
// 		    "SOS", ',',
// 		    (unsigned)(mbi->mem_upper >> 10) + 1,
// 		    (unsigned)mbi->mem_upper);
// else
//   /* Not loaded with grub */
//   sos_x86_videomem_printf(1, 0,
// 		    SOS_X86_VIDEO_FG_YELLOW | SOS_X86_VIDEO_BG_BLUE,
// 		    "Welcome to SOS");

On sauve, on build.

Make clean
Make

Il reste des erreurs

CTRL+click sur la ligne main.c 158 puis tu mets en commentaire les lignes ci-dessous :


  // if (magic != MULTIBOOT_BOOTLOADER_MAGIC) {
  //   sos_x86_videomem_putstring(20, 0, SOS_X86_VIDEO_FG_LTRED | SOS_X86_VIDEO_BG_BLUE | SOS_X86_VIDEO_FG_BLINKING, "I'm not loaded with Grub !");
  //   /* STOP ! */
  //   for (;;)
  //     continue;
  // }

Il y a aussi un warning à cause d'une variable i qui n'est pas utilisée. Il faut appliquer la correction suivante :

//unsigned i;

On sauve, on build.

Make clean
Make

Quand y en a plus, y en a encore... Voilà ce que je vois :

Là, c'est plus "touchy"... Mais bon on peut résoudre le premier warning en se rappelant que dans l'épisode 2 j'avais renommé la fonction sos_exceptions_setup() en sos_install_dbl_fault_exceptions(). Toujours dans main.c il faut donc appliquer la modification suivante :

//sos_exceptions_setup();
sos_install_dbl_fault_exceptions();

Ensuite, si on étudie un peu le code on réalise qu'il faut alimenter la fonction sos_physmem_setup() avec la limite haute de la RAM. Pour cela il faut utiliser les informations que nous donne Grub 2 et modifier le code comme suit (oui, oui je sais on peut faire beaucoup mieux mais comme j'ai hâte de voir si ça démarre je copie-colle un bout de code qui marchait dans l'épisode 1) :

struct multiboot_tag *tag;
for (tag = (struct multiboot_tag *)(addr + 8); tag->type != MULTIBOOT_TAG_TYPE_END; tag = (struct multiboot_tag *)((multiboot_uint8_t *)tag + ((tag->size + 7) & ~7))) {
  switch (tag->type) {
    case MULTIBOOT_TAG_TYPE_BASIC_MEMINFO:
      mem_upper = ((struct multiboot_tag_basic_meminfo *)tag)->mem_upper;
    break;
  }
}
// sos_physmem_setup((mbi->mem_upper << 10) + (1 << 20), &sos_kernel_core_base_paddr, &sos_kernel_core_top_paddr);
sos_physmem_setup((mem_upper << 10) + (1 << 20), &sos_kernel_core_base_paddr, &sos_kernel_core_top_paddr);  

Bien sûr, au tout début de la fonction sos_main() il faut pas oublier de déclarer la nouvelle variable mem_upper :

void sos_main(unsigned long magic, unsigned long addr) {
  // unsigned i;
  unsigned mem_upper = 0;
...

Youpi ! Il n'y a plus d'erreur ni de warning à la compil' mais l'édition de liens ne passe pas...

Normal, comme expliqué dans les messages qui sont à l'écran, on n'a pas défini les variables __b_kernel et __e_kernel. Il faut modifier le fichier target\sos2.ld comme suit :

Dans le haut du fichier on ajoute une ligne "__b_kernel = .;" au tout début de la section .text

  .text : ALIGN(CONSTANT(MAXPAGESIZE)) 
    {
      /* Defines a symbol '__b_kernel to mark the start of the kernel code/data */
      __b_kernel = .;

      *(.text)
      ........

Je ne déclare pas exactement l'étiquette __b_kernel comme dans le fichier .lds de l'article historique mais cela revient au même. En fait grâce à la consigne ALIGN(CONSTANT(MAXPAGESIZE)) l'étiquette .text est alignée sur une page. Comme __b_kernel apparait juste après, le compteur (symbolisé par le .) ne va pas bouger entre temps. Finalement __b_kernel identifie bien le début du code et est bien alignée. Prends le temps de relire l'article original, compare et persuade toi que les fichiers .lds de SOS et .ld de SOS2 organisent le code de la même façon.

À la fin c'est un peu pareil, on ajoute une ligne (pour définir la valeur de __e_kernel) juste avant la section DISCARD

    /* We take note of the end of the kernel */
    __e_kernel = .;

    /DISCARD/ :{
      ..........

On sauve, on build.

Make clean
Make

Il n'y a plus d'erreur ni de warning.

Allez, depuis VSCode, on lance l'émulateur dans un second terminal PowerShell:

qemu-system-i386 -cdrom ./dist/sos2.iso

Si dans un second test je lance l'émulateur avec cette commande :

qemu-system-i386 -m 32M -cdrom ./dist/sos2.iso

Voilà ce que je vois :

Conclusion

Si on compare avec les épisodes précédents, on ne s'en sort vraiment pas trop mal. C'est vrai que le chapitre en question traite surtout de structures de données en C, mais bon, si tous les épisodes à venir pouvaient se passer de la même façon... Sinon, je viens tout juste de déposer SOS2-3 sur GitHub. Je réalise qu'il est peut-être temps de faire un peu de ménage : le main.c me parait bien encombré, il y a des .bak un peu partout et des readelf.txt ou objdump.txt qui ne sont pas d'actualité dans ce chapitre. Bref, je crois que je vais faire un peu de rangement. Ah oui, et si j'ai 2 minutes j'en profiterais pour corriger la rustine qui permet d'initialiser la variable mem_upper...

Allez, à plus et la suite au prochain épisode...

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