Крис Касперски - Восстановление данных. Практическое руководство Страница 46

Рис. 8.2. Виртуальная машина Windows в среде Linux

Перенос драйверов Windows в Linux/BSD

Начнем с простого, но до сих пор никем не решенного вопроса. Разумеется, на самом-то деле вопрос этот, конечно, уже давно решен, но совсем не так, как следовало бы. Известно, что поддержка разделов NTFS в Linux/BSD представляет собой сплошную проблему. Драйверы, способные осуществлять запись на разделы NTFS, появились совсем недавно, да и то лишь затем, чтобы покрасоваться на выставках. Для реальной работы они непригодны, потому что работают не очень стабильно и страдают множеством ограничений. Сжатые файлы, транзакции и множество других возможностей все еще не поддерживаются. Кроме того, NTFS не стоит на месте и хоть и медленно, но совершенствуется. Можно ли, хотя бы теоретически, написать стопроцентно совместимый драйвер, корректно работающий со всеми новыми версиями NTFS без участия программиста? Этот вопрос совсем не так глуп, как кажется. Для чего программистам тратить силы и время на собственный драйвер, когда под рукой есть уже готовый — NTFS.SYS. Если заставить его заработать под Linux, то все проблемы решатся сами собой.

Несмотря на то, что на уровне ядра между Linux/BSD и Windows существует большое количество различий, но и кое-что общее между ними все-таки имеется. И Windows, и Linux, и BSD работают на процессорах семейства x86 в защищенном режиме, используют страничную организацию виртуальной памяти и, наконец, все они взаимодействуют с оборудованием в строго установленном порядке (через иерархию физических и виртуальных шин). Высокоуровневые драйверы, такие, например, как NTFS.SYS, вообще не работают с оборудованием напрямую и содержат минимум системно-зависимого кода. Почему же тогда драйвер от одной системы не работает в другой? А потому, что интерфейс между ОС и драйвером в каждом случае различен, а также потому, что драйвер использует библиотеку функций, экспортируемых системой, и эти функции у каждой системы свои.

Перенести драйвер Windows в Linux/BSD вполне реально! Для этого даже не потребуется его исходный код. Достаточно лишь написать тонкий и несложный "переходник" между драйвером и операционной системой, принимающий запросы и транслирующий их по всем правилами "этикета", а также перенести библиотеку функций, необходимых драйверу для работы. Конечно, для этого необходимо уметь программировать! Для простых пользователей такой рецепт совершенно не годится, но тут уж ничего не поделаешь. Тем не менее, перенести готовый драйвер намного проще, чем переписать его с нуля. Нам не потребуется проводить кропотливую работу по дизассемблированию оригинального кода, заменяющую собой поиск технической документации (которая либо совсем отсутствует, либо отдается только под подписку о неразглашении, зачастую запрещающую открытое распространение исходных текстов). Наконец, при выходе новых версий драйвера Windows процедура его переноса в Linux/BSD проста до тривиальности — достаточно скопировать новый файл поверх старого файла. Однако все это лишь сухая теория. Перейдем к деталям.

Модель ядра Windows NT и всех производных от нее операционных систем (включая Windows 2000, XP, 2003, Longhorn) достаточно проста (рис. 8.3). С "внешним" миром ядро связывает диспетчер системных сервисов, "подключенный" к NTDLL.DLL, которая находится уже за "скорлупой" ядра и исполняется в режиме пользователя. Диспетчер системных сервисов, реализованный в NTOSKRNL.EXE, опирается на вызываемые интерфейсы ядра, часть которых реализована в самом файле NTOSKRNL.EXE, а часть — во внешних драйверах, к числу которых, в частности, принадлежит диспетчер питания. Определенный класс драйверов, называемый драйверами устройств и файловой системы, находится в своеобразной "скорлупе" и взаимодействует с диспетчером системных вызовов через диспетчер ввода-вывода, реализованный опять-таки в NTOSKRNL.EXE!

Рис. 8.3. Архитектура систем из семейства Windows NT

Ядро, на котором, как на фундаменте, держатся все вышеупомянутые компоненты, представляет собой просто совокупность низкоуровневых функций, сосредоточенных в NTOSKRNL.EXE. Ниже находится только уровень аппаратных абстракций (Hardware Abstraction Level, HAL). Когда-то у Microsoft была идея разделить ядро на системно-зависимую и системно-независимую части, чтобы упростить перенос Windows на другие платформы. Однако уже во времена Windows NT 4 все перемешалось, и большая часть системно-зависимых функций попала в NTOSKRNL.EXE. На сегодняшний день ситуация такова, что HAL медленно, но неотвратимо умирает. В нем осталось небольшое количество действительно низкоуровневых функций, непосредственно взаимодействующих с оборудованием, например, с портами и с DMA. Но в ядре Linux/BSD есть свои функции для работы с DMA, так что тащить за собой HAL нам совершенно необязательно, тем более что драйверы взаимодействуют с DMA не напрямую, а через диспетчер Plug and Play, который находится в NTOSKRNL.EXE.

Что же касается портов ввода-вывода, то, например, дизассемблированный текст функции READ_PORT_UCHAR, читающий из данного порта беззнаковый байт, выглядит, как показано в листинге 8.1.

Листинг 8.1. Дизассемблированный листинг функции READ_PORT_UCHAR, выдернутой из HAL

.text:80015A2C

.text:80015А2С                 public READ_PORT_UCHAR

.text:80015A2C READ_PORT_UCHAR proc near

               ; CODE XREF: HalGetEnvironmentVariable+2C↑p

.text:80015A2C ; HalSetEnvironmentVariable+3D↑p

.text:80015A2C

.text:80015A2C arg_0           = dword ptr 4

.text:80015A2C

.text:80015A2C                 xor eax, eax

.text:80015A2E                 mov edx, [esp+arg_0]

.text:80015A32                 in al, dx

.text:80015A33                 retn 4

.text:80015A33 READ_PORT_UCHAR endp

Иначе говоря, если заставить NTOSKRNL.EXE работать в чужеродной среде Linux или BSD, мы получим возможность запускать любые драйверы Windows NT без какой-либо доработки их двоичного кода. Это не только упрощает задачу переноса, но и снимает проблему авторских прав. Любой обладатель лицензионной копии Windows (или другой программы) вправе вызывать готовый драйвер откуда угодно без каких бы то ни было разрешений и без выплаты дополнительного вознаграждения, но вот модифицировать двоичный код ему позволят едва ли.

Но мы ведь и не собираемся ничего модифицировать! Мы берем готовый NTOSKRNL.EXE. Работы предстоит не так уж и много. Достаточно просто спроецировать его по адресам, указанным в заголовке РЕ-файла (a NTOSKRNL.EXE это обычный РЕ-файл), и разобраться с таблицей экспорта, используемой драйверами. Короче говоря, мы должны реализовать свой собственный загрузчик РЕ и включить его в загружаемый модуль ядра или в само ядро. Чтобы не мучиться, можно взять готовый загрузчик Wine (Windows Emulator).

Взаимодействие NTOSKRNL.EXE с ядром Linux/BSD будет происходить через код, эмулирующий HAL. Этот код мы будем должны написать сами, однако ничего сложного в этом нет, и объем работы предстоит минимальный, поскольку HAL содержит совсем немного простых функций. Сложнее подружить диспетчер системных вызовов с внешним миром, т.е. с миром Linux/BSD. Основная проблема в том, что интерфейс диспетчера системных вызовов не документирован, и к тому же подвержен постоянным изменениям. В Windows 2000 он один, в Windows XP он уже другой, а потом Microsoft вновь внесет недокументированные изменения, и весь наш труд пойдет насмарку. Поэтому приходится хитрить и тащить за собой не только NTOSKRNL.EXE, но еще и NTDLL.DLL. Некоторые могут спросить: а зачем? Какое отношение NTDLL.DLL имеет к драйверам и ядру? Драйверы его не вызывают, да и сам NTDLL.DLL представляет собой всего лишь набор переходников к NTOSKRNL.EXE.

Дело в том, что по традиции интерфейс NTDLL.DLL худо-бедно документирован. Кроме того, он остается практически неизменным уже на протяжении многих лет, поэтому его смело можно брать за основу. После этого остается "всего лишь" связать NTDLL.DLL с миром Linux/BSD, т.е. написать транслятор запросов к драйверам. Это не так-то просто сделать, поскольку писать придется достаточно много, и работа отнимет не один день, и даже не одну неделю. С учетом отладки потребуется как минимум месяц. Но работа стоит того!

В результате в Linux/BSD наладится нормальная работа с NTFS и некоторыми другими драйверами ввода-вывода. С видеокартами, правда, все значительно сложнее, поскольку они, как и следует из рис. 8.3, взаимодействуют отнюдь не с диспетчером ввода-вывода (который находятся внутри NTOSKRNL.EXE), а с подсистемой Win32. В Windows 2000 она реализована в файле win2k.sys. Как обстоят дела в других системах — точно не знаю, да это и не важно. Драйвер win2k.sys — лишь малая часть того, что ему нужно для работы, и просто так перетащить его в Linux/BSD не получится. За ним неизбежно потянется все его окружение, и написать столько "оберток" будет практически нереально. То есть теоретически-то, конечно, реально, но сколько это потребует времени и сил? Переписать видеодрайвер гораздо проще, не говоря уже о том, что в этом случае он будет намного более производителен. Кстати говоря, компании nVIDIA (рис. 8.4) и ATI (рис. 8.5) в последнее время наладили выпуск драйверов Linux/BSD под наиболее популярные чипсеты, так что проблема снимается сама собой.