ft_linux/docs/sujets/kfs-2.md

KFS_2 — GDT & Stack

Traduction française du sujet. Le PDF reste la source en cas de doute.

Fichier d’origine à la racine	kfs-2sujet.pdf
Copie de travail	originaux/kfs-2_subject.pdf
Auteurs	42 Staff, pedago@42.fr
Version	2
Date du PDF	26 juillet 2022
Pages	10
Résumé (anglais)	Let’s code the stack !

Visuels : C1, C2, et la même image C3 dans la section langage. Pas de schéma de GDT.

Liens

Ancre	Cible
pedago@42.fr	mailto
OSDev	http://wiki.osdev.org/Main_Page

Ce PDF ne reprend pas le lien « Some docs here » vers la doc de ld.

---

I. Avant-propos

Le chapitre I est une blague (rotations de classes d’un jeu, patch 6.2.4). Il ne pose aucune exigence. Libellés gardés :

• Hunter 6.2.4 Rotation : Barrage, Aspect of the pack, Die, Blame the heal
• Rogue 6.2.4 Rotation : Pull without the tank, Die, Blame the heal
• Warrior tank 6.2.4 Rotation : Pull the entire dungeon, Die, Blame the heal
• Druid Heal 6.2.4 Rotation : Blame the other heal
• Death Knight 6.2.4 Rotation : Roll, Your, Head, On, The, Keyboard

II. Introduction

Deuxième sujet Kernel from Scratch. Cette fois, coder une pile, et l’intégrer à la GDT.

Définition donnée par le sujet. La GDT (« Global Descriptor Table ») est une structure de données qui définit les différentes zones mémoire : adresse de base, taille, et privilèges d’accès comme l’exécution et l’écriture. Ces zones s’appellent des « segments ».

Dans une GDT, on peut trouver :

• Kernel code, pour stocker le code binaire exécutable
• Kernel data
• Kernel stack, pour la pile d’appels pendant l’exécution du noyau
• User code, pour le code binaire exécutable des programmes utilisateur
• User program data
• User stack, pour la pile d’appels pendant l’exécution en userland

Le sujet conclut : on voit pourquoi cette structure est vraiment importante dans un noyau.

Ensuite, la pile. Rappel donné tel quel, en anglais dans le PDF, traduit ici :

En informatique, une stack est un type abstrait qui sert de collection d’éléments, avec deux opérations principales : push, qui ajoute un élément à la collection, et pop, qui retire l’élément ajouté le plus récemment et pas encore retiré. L’ordre de sortie donne l’autre nom, LIFO (last in, first out).

« Get it ? Good. Now, let’s move on. »

III. Objectifs

Créer, remplir et lier une Global Descriptor Table dans le noyau.

« Yup, that’s it. Not so much, eh ? »

En fait, il faut comprendre comment la mémoire fonctionne vraiment dans un système, comment la pile et la RAM fonctionnent, comment les utiliser, les remplir, et les lier au BIOS.

Oui, le BIOS. Grâce à GRUB, il aidera beaucoup. Heureusement qu’il est déjà installé.

IV. Instructions générales

Même cadre que KFS-1, avec quelques formulations différentes.

IV.1.1 Émulation

Partie non obligatoire. N’importe quel gestionnaire de virtuel convient. KVM est suggéré. Les exemples du sujet utilisent KVM.

IV.1.2 Langage

Le C n’est pas obligatoire pour cette suite de projets. Les documentations sont souvent en C : un autre langage implique de traduire. Exemple C++ : new et les classes exigent une interface mémoire que le noyau n’a pas encore. C++, Rust, Go, ou même tout en ASM, sont cités.

Image C3 au même endroit que dans KFS-1.

IV.2 Compilation

Compilateur libre. L’auteur utilise gcc et nasm. Un Makefile doit être ajouté au dépôt.

Mêmes flags, présentés comme un exemple C++ :

• -fno-builtin
• -fno-exception
• -fno-stack-protector
• -fno-rtti
• -nostdlib
• -nodefaultlibs

Pas de lien vers une bibliothèque de l’hôte, sinon le noyau ne s’exécute pas.

IV.3 Édition de liens

Il faut créer un linker pour le noyau. On CAN utiliser le binaire ld de l’hôte. Il est FORBIDDEN d’utiliser le fichier .ld de l’hôte. (KFS-1 disait CANNOT ; KFS-2 dit FORBIDDEN.)

IV.4 Architecture

i386 (x86) obligatoire.

IV.5 Documentation

Le wiki OSDev est recommandé par l’auteur. Lien sur le mot OSDev.

IV.6 Code de base

Il faut prendre le code KFS précédent et travailler à partir de lui. Ou pas... et tout réécrire depuis le début. Au choix.

V. Partie obligatoire

Récapitulatif du sujet :

• Créer une Global Descriptor Table.
• La GDT doit contenir :
  • Kernel Code
  • Kernel Data
  • Kernel stack
  • User code
  • User data
  • User stack
  • Le travail ne devrait pas dépasser 10 MB. (La puce est indentée dans la liste de la GDT, dans le PDF.)
• Déclarer la GDT au BIOS.
• La GDT doit être placée à l’adresse 0x00000800.

Ensuite, coder un outil pour afficher la pile noyau, de façon lisible par un humain. Astuce du sujet : si printk n’existe pas encore, c’est le moment.

VI. Partie bonus

En supposant que le clavier fonctionne correctement dans le noyau, et qu’on sache capter une entrée, coder un Shell. Pas un shell POSIX, juste un shell minimaliste avec quelques commandes, pour le debug.

Exemple du sujet : y mettre l’affichage de la pile noyau, et d’autres choses comme reboot, halt, etc.

« Have fun ! »

Encadré PERFECT, identique à KFS-1 : bonus évalué seulement si l’obligatoire est intégralement fonctionnel.

VII. Rendu et évaluation par les pairs

Rendre le travail dans le dépôt Git. Seul le contenu du dépôt est évalué. Vérifier les noms de dossiers et de fichiers.

Rendre le code, un Makefile et une image virtuelle basique pour le noyau. Note du sujet, en capitales dans le PDF : le noyau n’en fait encore rien, donc l’image n’a pas à être taillée comme un éléphant. La borne « 10 MB » est dans la partie obligatoire, pas répétée dans ce paragraphe.

---

Grille de lecture

Obligatoire

• Repartir du code KFS-1, ou le réécrire. Le sujet laisse les deux.
• GDT créée, remplie, liée au noyau, déclarée au BIOS, posée à 0x00000800.
• Six descripteurs nommés : Kernel Code, Kernel Data, Kernel stack, User code, User data, User stack.
• Outil d’affichage de la pile noyau, lisible.
• i386, GRUB déjà là, image et travail dans la limite de 10 MB.
• Makefile, code, image virtuelle basique.
• Même interdiction de lien : binaire ld autorisé, fichier .ld de l’hôte forbidden.

Bonus

• Shell minimal de debug, pas POSIX.
• Exemples de commandes cités : affichage de la pile, reboot, halt.
• Le sujet suppose que le clavier du bonus KFS-1 fonctionne.
• Évalué seulement si l’obligatoire est parfait.

Libellés exacts

Global Descriptor Table, GDT, 0x00000800, Kernel Code, Kernel Data, Kernel stack, User code, User data, User stack, printk, reboot, halt, push, pop, LIFO, BIOS, GRUB, FORBIDDEN, 10 MB.