feat(renaser): Fase 11 — el reloj del sistema como capacidad de host
1// =============================================================================
2// renaser :: boot/src/main.rs — Fase 1.5 :: el puente hacia el silicio
3// -----------------------------------------------------------------------------
4// Un kernel bare-metal no nace solo: alguien debe fusionarlo con un cargador,
5// sellarlo en una imagen de disco arrancable y entregarlo al hardware. Esa es
6// la mision de este orquestador de ANFITRION.
7//
8// Desde la Fase 7b hace algo mas: SIEMBRA el grafo. El kernel ya no empotra
9// el userspace —ni un solo `include_bytes!` de un `.wasm`—; en su lugar, este
10// constructor pre-puebla el disco de objetos con el bytecode de las apps de
11// genesis y el Manifiesto de Genesis que dicta cuales arrancan, en que region
12// y con que cuota. Para ello habla el MISMO formato del grafo que el kernel,
13// a traves de la crate compartida `formato`.
14//
15// El flujo es deliberadamente lineal y sin ambiguedad:
16//
17// 1. Localizar el ELF nativo del kernel (lo inyecta la dep. de artefacto).
18// 2. Fusionarlo con el cargador UEFI en una imagen de disco GPT.
19// 3. Sembrar el disco de objetos: el grafo poblado con el bytecode del
20// userspace y el Manifiesto de Genesis (Fase 7b).
21// 4. Lanzar QEMU con la imagen, el disco de objetos y el firmware OVMF.
22//
23// Cada paso que pueda fallar lo hace en voz alta, con un mensaje accionable:
24// preferimos un error claro a un arranque silencioso hacia la nada.
25// =============================================================================
26
27use std::collections::BTreeMap;
28use std::io::Write;
29use std::path::{Path, PathBuf};
30use std::process::Command;
31
32// El formato del grafo de objetos en disco — el MISMO nucleo `no_std` que
33// enlaza el kernel. Gracias a el, lo que `boot` siembra y lo que el kernel lee
34// es, byte a byte, el mismo idioma.
35use formato::{
36 EntradaApp, Hash, Manifiesto, Objeto, SuperBloque, MAGIA, MAX_OBJETO, TAM_SECTOR,
37 VERSION_MANIFIESTO, VERSION_SUPERBLOQUE,
38};
39
40/// Ruta del ELF del kernel, ya compilado para `x86_64-unknown-none`.
41///
42/// La dependencia de artefacto define esta variable de entorno en tiempo de
43/// compilacion: cuando este binario de anfitrion existe, el kernel ya existe.
44const KERNEL_ELF: &str = env!("CARGO_BIN_FILE_KERNEL_kernel");
45
46/// Firmware UEFI OVMF tal como lo empaqueta Artix Linux (paquete `edk2-ovmf`).
47/// Es la imagen combinada codigo+variables, apta para `-bios`.
48const OVMF_POR_DEFECTO: &str = "/usr/share/edk2/x64/OVMF.4m.fd";
49
50/// Nombre de la imagen de disco UEFI que renaser genera.
51const NOMBRE_IMAGEN: &str = "renaser-uefi.img";
52
53/// Ruta del disco de objetos del grafo persistente (Fase 6.1c). Relativa al
54/// directorio de trabajo —la raiz del repo—, comun a `boot` y a QEMU.
55const NOMBRE_DISCO: &str = "target/disk.img";
56
57/// Tamaño del disco de objetos: 32 MiB. La imagen sembrada ocupa solo unos
58/// pocos KiB; el resto queda a cero —espacio libre para que el grafo crezca—.
59const TAM_DISCO: u64 = 32 * 1024 * 1024;
60
61fn main() {
62 if let Err(fallo) = orquestar() {
63 // Un error de orquestacion se anuncia en rojo y aborta con codigo 1:
64 // ninguna falla del anfitrion debe disfrazarse de exito.
65 eprintln!("\x1b[1;31m[renaser/boot] fallo:\x1b[0m {fallo}");
66 std::process::exit(1);
67 }
68}
69
70/// Ejecuta, en orden, las operaciones de la Fase 1.5.
71fn orquestar() -> Result<(), String> {
72 // --- 1. Localizar el artefacto del kernel. ---
73 let kernel = Path::new(KERNEL_ELF);
74 if !kernel.is_file() {
75 return Err(format!(
76 "no se encontro el ELF del kernel en {}\n \
77 (¿se interrumpio la compilacion de la dependencia de artefacto?)",
78 kernel.display()
79 ));
80 }
81 println!("[renaser/boot] kernel localizado :: {}", kernel.display());
82
83 // --- 2. Fusionar kernel + cargador UEFI en una imagen de disco. ---
84 let imagen = ruta_imagen(kernel);
85 println!("[renaser/boot] forjando imagen UEFI :: {}", imagen.display());
86 bootloader::UefiBoot::new(kernel)
87 .create_disk_image(&imagen)
88 .map_err(|e| format!("la crate `bootloader` no pudo crear la imagen UEFI: {e:?}"))?;
89
90 // --- 3. Garantizar —y, si es virgen, SEMBRAR— el disco de objetos. ---
91 preparar_disco_objetos()?;
92
93 // --- 4. Lanzar QEMU sobre esa imagen. ---
94 let ovmf = localizar_ovmf()?;
95 lanzar_qemu(&imagen, &ovmf)
96}
97
98// =============================================================================
99// Fase 7b — la siembra del grafo: el userspace nace de la imagen de disco
100// =============================================================================
101
102/// Una app de genesis: su nombre legible, el `.wasm` que la encarna y la
103/// ventana del framebuffer que habitara — `(x, y, ancho, alto)` en pixeles.
104struct AppGenesis {
105 nombre: &'static str,
106 archivo: &'static str,
107 region: (u32, u32, u32, u32),
108}
109
110/// El userspace de genesis — las seis aplicaciones que pueblan un disco recien
111/// forjado. El compas visual `pulso` (Fase 11), un saludo (`hola`), la
112/// `memoriosa` interactiva que recuerda entre sesiones (Fase 7c), y tres demos
113/// de los guardarrailes del kernel: `discola` (combustible), `glotona`
114/// (memoria) y `cronista` (la cronica de los arranques).
115const GENESIS: [AppGenesis; 6] = [
116 AppGenesis { nombre: "pulso", archivo: "pulso.wasm", region: (100, 120, 360, 120) },
117 AppGenesis { nombre: "hola", archivo: "app.wasm", region: (100, 120, 480, 560) },
118 AppGenesis { nombre: "memoriosa", archivo: "memoriosa.wasm", region: (700, 120, 360, 80) },
119 AppGenesis { nombre: "discola", archivo: "discola.wasm", region: (60, 700, 360, 80) },
120 AppGenesis { nombre: "glotona", archivo: "glotona.wasm", region: (460, 700, 360, 80) },
121 AppGenesis { nombre: "cronista", archivo: "cronista.wasm", region: (860, 700, 360, 80) },
122];
123
124/// Techo de memoria lineal de cada app de genesis: 4 MiB. Un modulo que intente
125/// crecer su memoria mas alla es desalojado por el kernel.
126const TECHO_GENESIS: u32 = 4 * 1024 * 1024;
127
128/// Garantiza la existencia del disco de objetos del grafo persistente. Si ya
129/// existe, lo RESPETA — el grafo perdura entre arranques (la cuenta de la
130/// cronista, el estado del userspace). Si no existe, lo forja Y LO SIEMBRA:
131/// graba el grafo ya poblado con el bytecode de las apps y su Manifiesto de
132/// Genesis. El kernel jamas vuelve a empotrar una sola app.
133fn preparar_disco_objetos() -> Result<(), String> {
134 let disco = Path::new(NOMBRE_DISCO);
135 if disco.is_file() {
136 println!(
137 "[renaser/boot] disco de objetos presente :: {} — el grafo perdura",
138 disco.display()
139 );
140 return Ok(());
141 }
142 if let Some(directorio) = disco.parent() {
143 std::fs::create_dir_all(directorio)
144 .map_err(|e| format!("no se pudo crear el directorio del disco de objetos: {e}"))?;
145 }
146
147 // Sembrar el grafo: el bytecode del userspace y el Manifiesto de Genesis.
148 let (imagen, objetos) = sembrar_grafo()?;
149 if imagen.len() as u64 > TAM_DISCO {
150 return Err(format!(
151 "el grafo sembrado ({} bytes) no cabe en el disco de objetos ({TAM_DISCO} bytes)",
152 imagen.len()
153 ));
154 }
155
156 // Escribir la imagen sembrada y extender el fichero a 32 MiB: el log queda
157 // al principio; el resto, a cero —`set_len` lo deja disperso—.
158 let mut fichero = std::fs::File::create(disco)
159 .map_err(|e| format!("no se pudo crear el disco de objetos «{}»: {e}", disco.display()))?;
160 fichero
161 .write_all(&imagen)
162 .map_err(|e| format!("no se pudo escribir el grafo sembrado: {e}"))?;
163 fichero
164 .set_len(TAM_DISCO)
165 .map_err(|e| format!("no se pudo dimensionar el disco de objetos: {e}"))?;
166 println!(
167 "[renaser/boot] disco de objetos sembrado :: {} ({objetos} objetos, manifiesto anclado)",
168 disco.display()
169 );
170 Ok(())
171}
172
173/// Lee el bytecode `.wasm` de una app de genesis desde `kernel/assets/`. La
174/// ruta se ancla al directorio de ESTE crate —no al de trabajo—: el
175/// constructor funciona se invoque desde donde se invoque.
176fn leer_wasm(archivo: &str) -> Result<Vec<u8>, String> {
177 let ruta = Path::new(env!("CARGO_MANIFEST_DIR"))
178 .join("../kernel/assets")
179 .join(archivo);
180 std::fs::read(&ruta)
181 .map_err(|e| format!("no se pudo leer el bytecode «{}»: {e}", ruta.display()))
182}
183
184/// Anexa un objeto al log: compone su registro `[longitud][payload][relleno]`,
185/// lo añade a la imagen y avanza el cursor. Devuelve el hash del objeto — su
186/// identidad en el grafo direccionado por contenido.
187fn anexar_objeto(log: &mut Vec<u8>, cursor: &mut u64, payload: &[u8]) -> Result<Hash, String> {
188 if payload.is_empty() || payload.len() > MAX_OBJETO {
189 return Err(format!(
190 "un objeto del grafo tiene un tamaño invalido: {} bytes",
191 payload.len()
192 ));
193 }
194 let hash = formato::hash(payload);
195 log.extend_from_slice(&formato::componer_registro(payload));
196 *cursor += formato::sectores_registro(payload.len());
197 Ok(hash)
198}
199
200/// Siembra el grafo de objetos de un disco virgen: graba el bytecode de cada
201/// app de genesis como un objeto del grafo, compone el Manifiesto de Genesis
202/// —con sus regiones y cuotas—, lo graba con las aristas hacia los objetos de
203/// bytecode, y forja el superbloque que lo ancla. Devuelve la imagen del disco
204/// (superbloque en el sector 0 + el log de registros) y el numero de objetos
205/// sembrados. Habla, byte a byte, el formato que el kernel leera al montar.
206fn sembrar_grafo() -> Result<(Vec<u8>, usize), String> {
207 // El log de registros: del sector 1 en adelante. El sector 0 es el
208 // superbloque, que aun no podemos escribir —no conocemos el cursor final—.
209 let mut log: Vec<u8> = Vec::new();
210 let mut cursor: u64 = 1;
211
212 // --- 1. Los objetos de bytecode, DEDUPLICADOS por archivo. Dos apps que
213 // comparten el mismo `.wasm` comparten un unico objeto del grafo. ---
214 let mut hash_de: BTreeMap<&str, Hash> = BTreeMap::new();
215 let mut hijos_manifiesto: Vec<Hash> = Vec::new();
216 let mut apps: Vec<EntradaApp> = Vec::new();
217
218 for app in &GENESIS {
219 let bytecode = match hash_de.get(app.archivo) {
220 // Ya grabado: el grafo no guarda dos veces el mismo contenido.
221 Some(&hash) => hash,
222 None => {
223 let datos = leer_wasm(app.archivo)?;
224 let objeto = Objeto { datos, hijos: Vec::new() };
225 let payload = objeto.serializar().map_err(|e| e.to_string())?;
226 let hash = anexar_objeto(&mut log, &mut cursor, &payload)?;
227 hash_de.insert(app.archivo, hash);
228 hijos_manifiesto.push(hash);
229 hash
230 }
231 };
232 let (x, y, ancho, alto) = app.region;
233 apps.push(EntradaApp {
234 nombre: app.nombre.to_string(),
235 bytecode,
236 region_x: x,
237 region_y: y,
238 region_ancho: ancho,
239 region_alto: alto,
240 techo_memoria: TECHO_GENESIS,
241 estado: None,
242 });
243 }
244
245 // --- 2. El objeto del Manifiesto de Genesis. Sus `hijos` son los objetos
246 // de bytecode: el grafo lo lee como el nodo padre del userspace. ---
247 let manifiesto = Manifiesto { version: VERSION_MANIFIESTO, apps };
248 let man_datos = manifiesto.serializar().map_err(|e| e.to_string())?;
249 let man_objeto = Objeto { datos: man_datos, hijos: hijos_manifiesto };
250 let man_payload = man_objeto.serializar().map_err(|e| e.to_string())?;
251 let hash_manifiesto = anexar_objeto(&mut log, &mut cursor, &man_payload)?;
252
253 // El grafo sembrado: un objeto por cada `.wasm` unico, mas el manifiesto.
254 let objetos = hash_de.len() + 1;
255
256 // --- 3. El superbloque: el ancla del grafo, en el sector 0. `raiz` queda
257 // vacia —el userspace la fija; `manifiesto` apunta a la genesis. ---
258 let superbloque = SuperBloque {
259 magia: MAGIA,
260 version: VERSION_SUPERBLOQUE,
261 cursor,
262 raiz: None,
263 manifiesto: Some(hash_manifiesto),
264 };
265 let sb_bytes = superbloque.serializar().map_err(|e| e.to_string())?;
266 if sb_bytes.len() > TAM_SECTOR {
267 return Err("el superbloque sembrado no cabe en un sector".to_string());
268 }
269
270 // La imagen: el superbloque en el sector 0 (relleno a cero) y, tras el, el
271 // log de registros que acabamos de componer.
272 let mut imagen = vec![0u8; TAM_SECTOR];
273 imagen[..sb_bytes.len()].copy_from_slice(&sb_bytes);
274 imagen.extend_from_slice(&log);
275
276 Ok((imagen, objetos))
277}
278
279/// Calcula la ruta de la imagen: junto al propio ELF del kernel, es decir,
280/// dentro de `target/`. Una ubicacion predecible y siempre escribible.
281fn ruta_imagen(kernel: &Path) -> PathBuf {
282 kernel
283 .parent()
284 .unwrap_or_else(|| Path::new("."))
285 .join(NOMBRE_IMAGEN)
286}
287
288/// Resuelve la ruta del firmware OVMF. Permite sobreescribirla con la variable
289/// de entorno `RENASER_OVMF` para entornos cuyo `edk2-ovmf` viva en otra ruta.
290fn localizar_ovmf() -> Result<String, String> {
291 let ruta = std::env::var("RENASER_OVMF").unwrap_or_else(|_| OVMF_POR_DEFECTO.to_string());
292 if Path::new(&ruta).is_file() {
293 Ok(ruta)
294 } else {
295 Err(format!(
296 "firmware UEFI OVMF no encontrado en «{ruta}»\n \
297 instala el paquete `edk2-ovmf`, o exporta RENASER_OVMF=<ruta a OVMF.fd>"
298 ))
299 }
300}
301
302/// Invoca QEMU como subproceso. Los argumentos se ciñen a las primitivas
303/// minimas necesarias para que el Framebuffer GOP cobre vida:
304///
305/// * `-bios` firmware UEFI OVMF.
306/// * `-drive raw` la imagen de disco UEFI, sin capa de traduccion.
307/// * `-vga std` VGA estandar => framebuffer lineal que el GOP expone.
308/// * `-serial stdio` telemetria serial del procesador hacia esta consola.
309/// * `--no-reboot` un fallo triple detiene la maquina en vez de reiniciar
310/// en bucle: asi la baliza de panico permanece visible.
311/// * `virtio-blk-pci` el disco de objetos, sobre el bus PCI (q35 es x86_64;
312/// `virtio-blk-device`, su gemelo MMIO, es cosa de ARM).
313fn lanzar_qemu(imagen: &Path, ovmf: &str) -> Result<(), String> {
314 println!("[renaser/boot] arrancando QEMU :: la superficie indigo nace ahora\n");
315
316 let mut qemu = Command::new("qemu-system-x86_64");
317 // `accel=kvm:tcg` intenta KVM y, si no esta disponible, recae en TCG puro.
318 qemu.arg("-machine").arg("q35,accel=kvm:tcg")
319 .arg("-m").arg("256M")
320 .arg("-bios").arg(ovmf)
321 .arg("-drive").arg(format!("format=raw,file={}", imagen.display()))
322 .arg("-vga").arg("std")
323 .arg("-serial").arg("stdio")
324 .arg("--no-reboot")
325 // El disco de objetos, como dispositivo virtio-blk sobre el bus PCI.
326 .arg("-drive").arg(format!("format=raw,file={NOMBRE_DISCO},if=none,id=drv0"))
327 .arg("-device").arg("virtio-blk-pci,drive=drv0");
328
329 // Cualquier argumento extra tras `--` se reenvia a QEMU intacto.
330 // Ejemplo: `cargo run -p boot -- -display none -d int`.
331 qemu.args(std::env::args().skip(1));
332
333 match qemu.status() {
334 Ok(estado) if estado.success() => {
335 println!("\n[renaser/boot] QEMU finalizo limpiamente.");
336 Ok(())
337 }
338 Ok(estado) => Err(format!("QEMU termino con estado anomalo: {estado}")),
339 Err(e) if e.kind() == std::io::ErrorKind::NotFound => Err(
340 "`qemu-system-x86_64` no esta en el PATH; instala el paquete `qemu-full`".to_string(),
341 ),
342 Err(e) => Err(format!("no se pudo ejecutar QEMU: {e}")),
343 }
344}