feat(renaser): Fase 13 — ratón, puntero y arrastre de flotantes
1// =============================================================================
2// renaser :: kernel/src/main.rs — el punto de entrada y la orquestacion
3// -----------------------------------------------------------------------------
4// Aqui no nace una terminal: nace una superficie. renaser es un kernel
5// asincrono de Espacio de Direccionamiento Unico (SASOS) que rompe con el
6// paradigma POSIX — sin TTYs, sin archivos planos, sin capas GNU.
7//
8// Este archivo es deliberadamente delgado: solo el arranque y el cableado.
9// Cada subsistema vive en su propio modulo (ver `ARCHITECTURE.md`):
10//
11// grafico — color, framebuffer fisico y lienzo de doble bufer.
12// consola — superficie de texto/imagen; rasteriza glifos con fontdue.
13// baliza — red de seguridad visual; manejadores de panico y de OOM.
14// sync — `CeldaSync`, la celda de inicializacion unica.
15// gdt — GDT + TSS + stack de emergencia del doble fallo.
16// interrupts — IDT, excepciones de CPU e interrupciones de hardware.
17// pic — el par 8259 remapeado y el temporizador (PIT).
18// drivers — descubrimiento de hardware y E/S de disco asincrona por
19// interrupcion: el bus PCI y el virtio-blk (Fases 6.1, 6.2).
20// almacen — el grafo de objetos direccionado por contenido (Fase 6.1c).
21// manifiesto — el Manifiesto de Genesis: que apps nacen del grafo (Fase 7).
22// compositor — el teselado de las ventanas con `mirada-layout` (Fase 8).
23// memory — el heap dinamico del kernel (`#[global_allocator]`).
24// async_system — el reactor cooperativo: ejecutor, tareas, wakers, teclado
25// y el reloj que marca el compas de los fotogramas (Fase 5).
26// texto — rasterizacion de tipografia vectorial (fontdue).
27// wasm — el runtime WebAssembly, la matriz de capacidades y el
28// escudo de combustible que acota el tiempo de cada app.
29// =============================================================================
30
31#![no_std] // Prohibido `std`: bajo nosotros no hay sistema operativo alguno.
32#![no_main] // El punto de entrada lo define el cargador, no la convencion C.
33#![feature(abi_x86_interrupt)] // ABI de las rutinas de excepcion (Fase 2).
34#![feature(alloc_error_handler)] // Manejador propio de agotamiento de heap (Fase 3).
35#![deny(unsafe_op_in_unsafe_fn)] // Cada operacion `unsafe` se justifica explicitamente.
36
37extern crate alloc; // El heap esta vivo: `alloc::*` queda disponible (Fase 3).
38
39use alloc::boxed::Box;
40use alloc::format;
41
42use bootloader_api::config::{BootloaderConfig, Mapping};
43use bootloader_api::info::{FrameBufferInfo, MemoryRegionKind, MemoryRegions, PixelFormat};
44use bootloader_api::{entry_point, BootInfo};
45use spin::{Mutex, Once};
46
47// --- Subsistemas del kernel ---
48mod almacen;
49mod async_system;
50mod baliza;
51mod compositor;
52mod consola;
53mod drivers;
54mod gdt;
55mod grafico;
56mod interrupts;
57mod manifiesto;
58mod memory;
59mod pic;
60mod sync;
61mod texto;
62mod wasm;
63
64// Reexportacion para que los submodulos conserven rutas `crate::` estables.
65pub(crate) use sync::CeldaSync;
66
67use alloc::vec::Vec;
68use core::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
69
70use async_system::executor::Executor;
71use baliza::BALIZA_PANICO;
72use consola::{Consola, CONSOLA};
73use grafico::{
74 codificar, reclamar_memoria_lienzo, Color, Lienzo, Pantalla, ALTO_MAX, ANCHO_MAX,
75};
76
77/// Configuracion que el cargador `bootloader` aplicara antes de cedernos la CPU.
78static CONFIG_ARRANQUE: BootloaderConfig = {
79 let mut config = BootloaderConfig::new_default();
80 // Pedimos la memoria fisica mapeada: cimiento para futuras fases.
81 config.mappings.physical_memory = Some(Mapping::Dynamic);
82 config
83};
84
85// `entry_point!` genera el simbolo `_start`, valida la firma de `kernel_main`
86// y nos transfiere el control con seguridad de tipos.
87entry_point!(kernel_main, config = &CONFIG_ARRANQUE);
88
89/// Detiene la CPU de forma definitiva: `hlt` la duerme hasta una interrupcion.
90pub(crate) fn detener() -> ! {
91 loop {
92 x86_64::instructions::hlt();
93 }
94}
95
96/// FASE 10 :: el molde de una aplicacion para los lanzamientos EN VIVO. Guarda
97/// su bytecode —cacheado en RAM al arrancar, para no volver al disco despues—
98/// y la geometria y la cuota de memoria con que instanciarla.
99struct Plantilla {
100 bytecode: Vec<u8>,
101 nat_ancho: usize,
102 nat_alto: usize,
103 techo: usize,
104}
105
106/// Las plantillas de las apps de genesis. Se fijan una vez, en el arranque;
107/// cada `Alt+N` instancia la siguiente en rotacion.
108static PLANTILLAS: Once<Vec<Plantilla>> = Once::new();
109
110/// El cursor rotatorio sobre `PLANTILLAS`: que app nace en el proximo `Alt+N`.
111static CURSOR_PLANTILLA: AtomicUsize = AtomicUsize::new(0);
112
113/// Tarea cooperativa de una aplicacion WASM. En cada pulso del reloj le concede
114/// un `tick` —un fotograma de trabajo— y cede la CPU hasta el siguiente; entre
115/// medias corren sus vecinas. Si la app falla o agota su combustible, se la
116/// DESALOJA: el compositor tatua su ventana con la baliza y la tarea concluye.
117/// El ejecutor la retira del censo, su memoria se libera, el kernel sigue vivo.
118async fn tarea_aplicacion(mut app: wasm::AplicacionWasm) {
119 loop {
120 async_system::reloj::EsperaFrame::nueva().await;
121 // ¿El compositor pidio cerrar esta ventana (`Alt+Q`)? La tarea concluye
122 // por su propia voluntad: al retornar, `AplicacionWasm` se libera —su
123 // memoria lineal, su combustible, su canal de teclado— y el ejecutor la
124 // retira del censo. Una baja LIMPIA, sin baliza (Fase 10).
125 if compositor::ventana_cerrada(app.indice()) {
126 return;
127 }
128 if let Err(falla) = app.tick() {
129 // El color de la baliza delata la causa: purpura si agoto su tiempo
130 // o aborto, amarillo si reviento su techo de memoria. El compositor
131 // la pinta en el marco actual de la ventana y la marca como muerta.
132 compositor::desalojar(app.indice(), falla.color_baliza());
133 return;
134 }
135 }
136}
137
138/// FASE 8 :: la tarea del compositor. En cada fotograma drena la cola de mandos
139/// que el teclado dejo —ciclar el modo de teselado, mover el foco— y los
140/// aplica. Corre en el reactor cooperativo: el unico contexto donde es seguro
141/// re-teselar el escritorio y recomponer el lienzo desde las caches.
142async fn tarea_compositor() {
143 loop {
144 async_system::reloj::EsperaFrame::nueva().await;
145 compositor::atender_mandos();
146 // FASE 13 :: atender los eventos del raton (clic-para-enfocar y
147 // arrastre de flotantes), y refrescar el puntero si se movio en una
148 // vuelta tranquila en que ninguna app pinto.
149 compositor::atender_raton();
150 compositor::refrescar_puntero();
151 // FASE 10 :: atender las altas en vivo. Por cada `Alt+N` pendiente,
152 // dar a luz una aplicacion nueva — el compositor solo conto la
153 // peticion; instanciar el WASM es trabajo del orquestador.
154 for _ in 0..compositor::partos_pendientes() {
155 lanzar_app();
156 }
157 }
158}
159
160/// FASE 6.2 — la prueba viva de la E/S asincrona. Esta tarea del reactor lee el
161/// sector 0 del disco SIN bloquear: cede la CPU mientras el disco trabaja —las
162/// apps siguen pintando entre tanto— y la IRQ del disco la reanuda cuando el
163/// bloque esta listo. Deja en la consola el resultado y cuantas interrupciones
164/// de disco se atendieron — el testigo de que la E/S por sondeo quedo atras.
165async fn tarea_sonda_disco() {
166 let resultado = drivers::disco::leer_bloques(0, 1).await;
167 let Some(consola) = CONSOLA.get() else {
168 return;
169 };
170 let mut consola = consola.lock();
171 match resultado {
172 Ok(_) => consola.escribir(&format!(
173 "disco :: sonda asincrona OK -- {} IRQ de disco atendidas\n",
174 drivers::disco::pulsos_disco(),
175 )),
176 Err(motivo) => {
177 consola.escribir(&format!("disco :: sonda asincrona fallida -- {motivo}\n"))
178 }
179 }
180 consola.presentar();
181}
182
183/// Da vida a una aplicacion del userspace a partir de su `EntradaApp` del
184/// manifiesto: recupera su bytecode del grafo, lo carga en la ventana `indice`
185/// del escritorio del compositor y despacha la app como tarea cooperativa del
186/// reactor. Si el bytecode falta, esta corrupto, o la carga fracasa, el
187/// compositor desaloja esa ventana — el kernel sigue con las demas.
188fn encender_app(
189 ejecutor: &mut Executor,
190 indice: usize,
191 entrada: &manifiesto::EntradaApp,
192) -> Option<Plantilla> {
193 // El tamaño NATURAL del lienzo de la app —lo que sabe pintar, fijo— lo
194 // dicta su `EntradaApp`; el compositor decide en que marco lo coloca.
195 let natural = manifiesto::region(entrada);
196 // Recuperar el bytecode del grafo. `recuperar` recomputa el hash del
197 // objeto y verifica su integridad: un bytecode corrupto se delata aqui
198 // —y la app se niega, no se instancia un modulo en el que no se confia.
199 let bytecode = match almacen::recuperar(&entrada.bytecode) {
200 Ok(Some(objeto)) => objeto.datos,
201 _ => {
202 compositor::desalojar(indice, Color::DESALOJO);
203 return None;
204 }
205 };
206 // `indice` es la identidad de la app: su ventana en el escritorio del
207 // compositor y su ranura de estado persistido (Fase 7c).
208 match wasm::AplicacionWasm::cargar(
209 &bytecode,
210 natural.ancho,
211 natural.alto,
212 entrada.techo_memoria as usize,
213 indice,
214 ) {
215 Ok(app) => ejecutor.spawn(tarea_aplicacion(app)),
216 Err(_) => compositor::desalojar(indice, Color::DESALOJO),
217 }
218 // FASE 10 :: el bytecode, ya recuperado y verificado, queda como PLANTILLA:
219 // un molde en RAM con que `Alt+N` instanciara copias en vivo, sin volver al
220 // disco —que la E/S por sondeo en mitad del reactor seria un mal vecino—.
221 Some(Plantilla {
222 bytecode,
223 nat_ancho: natural.ancho,
224 nat_alto: natural.alto,
225 techo: entrada.techo_memoria as usize,
226 })
227}
228
229/// FASE 10 :: da a luz una aplicacion EN VIVO. Elige la siguiente plantilla en
230/// rotacion, abre su ventana en el compositor —que le asigna su indice—,
231/// instancia su WASM con ese indice y engendra su tarea en el reactor ya en
232/// marcha. Si la carga falla, la ventana recien nacida se desaloja; el kernel
233/// sigue. La invoca la tarea del compositor al atender un `Alt+N`.
234fn lanzar_app() {
235 let Some(plantillas) = PLANTILLAS.get() else {
236 return;
237 };
238 if plantillas.is_empty() {
239 return;
240 }
241 // El cursor rota sobre las plantillas: cada `Alt+N` engendra la siguiente.
242 let cursor = CURSOR_PLANTILLA.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
243 let plantilla = &plantillas[cursor % plantillas.len()];
244
245 // La ventana nace primero: el compositor le entrega su indice —su
246 // identidad—, que el WASM necesita para hallar su ventana y su canal.
247 let indice = compositor::nacer_ventana(plantilla.nat_ancho, plantilla.nat_alto);
248 match wasm::AplicacionWasm::cargar(
249 &plantilla.bytecode,
250 plantilla.nat_ancho,
251 plantilla.nat_alto,
252 plantilla.techo,
253 indice,
254 ) {
255 // La tarea se ENGENDRA, no se hace `spawn`: el reactor ya corre y el
256 // ejecutor la adoptara en su proxima vuelta (Fase 10).
257 Ok(app) => async_system::executor::engendrar(Box::pin(tarea_aplicacion(app))),
258 Err(_) => compositor::desalojar(indice, Color::DESALOJO),
259 }
260}
261
262/// Escribe una linea en la consola global y la presenta. Atajo para los
263/// informes de arranque; no hace nada si la consola aun no existe.
264fn reportar(linea: &str) {
265 if let Some(consola) = CONSOLA.get() {
266 let mut consola = consola.lock();
267 consola.escribir(linea);
268 consola.escribir("\n");
269 consola.presentar();
270 }
271}
272
273/// FASE 7 :: puebla el userspace DESDE EL GRAFO. Carga el Manifiesto de
274/// Genesis que `boot` sembro en la imagen de disco, lo instala como el
275/// manifiesto VIVO del kernel y, por cada `EntradaApp`, enciende su
276/// aplicacion. Toda falla se reporta a la consola y NO detiene el arranque: el
277/// kernel se levanta con las apps que pueda — o con ninguna, si el grafo no
278/// tiene userspace.
279fn cargar_userspace(ejecutor: &mut Executor, ancho_pantalla: usize, alto_pantalla: usize) {
280 let manifiesto = match manifiesto::cargar() {
281 Ok(Some(m)) => Some(m),
282 // Disco sin manifiesto anclado: `boot` no lo sembro. El kernel se
283 // levanta sin userspace —pero se levanta—; en la practica, ninguna
284 // imagen forjada por `boot` llega aqui sin su Manifiesto de Genesis.
285 Ok(None) => {
286 reportar("manifiesto :: el disco no trae uno -- el kernel se levanta solo");
287 None
288 }
289 Err(motivo) => {
290 reportar(&format!("manifiesto :: carga fallida -- {motivo}"));
291 None
292 }
293 };
294
295 match &manifiesto {
296 Some(m) => reportar(&format!(
297 "manifiesto :: {} apps nacidas del grafo",
298 m.apps.len(),
299 )),
300 None => reportar("manifiesto :: sin userspace -- el kernel se levanta solo"),
301 }
302
303 if let Some(m) = manifiesto {
304 // Instalar el manifiesto VIVO ANTES de instanciar las apps: el `init`
305 // de cada app puede consultar su estado persistido (Fase 7c), y esa
306 // consulta lee del manifiesto vivo.
307 manifiesto::instalar(m.clone());
308
309 // FASE 8 :: fundar el escritorio del compositor — una ventana por app,
310 // con su cache de respaldo y su marco teselado por `mirada-layout`— y
311 // pintar el escenario antes de encender las apps: el teselado se ve
312 // aunque alguna app no llegue a pintar su primer fotograma.
313 let naturales: Vec<(usize, usize)> = m
314 .apps
315 .iter()
316 .map(|e| (e.region_ancho as usize, e.region_alto as usize))
317 .collect();
318 compositor::fundar(ancho_pantalla, alto_pantalla, &naturales);
319 compositor::componer_escenario();
320
321 let mut plantillas: Vec<Plantilla> = Vec::new();
322 for (indice, entrada) in m.apps.iter().enumerate() {
323 if let Some(plantilla) = encender_app(ejecutor, indice, entrada) {
324 plantillas.push(plantilla);
325 }
326 }
327 // FASE 10 :: fijar las plantillas de las apps. A partir de aqui, cada
328 // `Alt+N` instancia una copia viva, en rotacion.
329 PLANTILLAS.call_once(|| plantillas);
330
331 // La tarea del compositor: atiende los mandos del teclado —ciclar el
332 // teselado, mover el foco, cerrar y lanzar apps— en cada fotograma.
333 ejecutor.spawn(tarea_compositor());
334 }
335}
336
337/// Localiza la mayor region de RAM libre que el cargador reporto — la cantera
338/// de la que el DMA del disco tomara sus marcos fisicos.
339fn mayor_region_usable(regiones: &MemoryRegions) -> Option<(u64, u64)> {
340 regiones
341 .iter()
342 .filter(|region| matches!(region.kind, MemoryRegionKind::Usable))
343 .map(|region| (region.start, region.end))
344 .max_by_key(|&(inicio, fin)| fin - inicio)
345}
346
347/// FASE 6.1c — funda el grafo de objetos. Monta el disco virtio-blk, lee o
348/// forja el superbloque, reconstruye el indice recorriendo el log y deja
349/// constancia visual: cuantos sectores tiene el disco, cuantos objetos viven
350/// ya en el grafo y si el arranque encontro —o no— una raiz de la que tirar.
351fn informar_almacen() {
352 // Fundar el almacen ANTES de tomar el cerrojo de la consola: el montaje
353 // del disco hace E/S por sondeo y nada de ello reclama la consola.
354 let resultado = almacen::init();
355 let Some(consola) = CONSOLA.get() else {
356 return;
357 };
358 let mut consola = consola.lock();
359 match resultado {
360 Ok(resumen) => {
361 let estado = if resumen.formateado {
362 "disco formateado"
363 } else {
364 "grafo montado"
365 };
366 consola.escribir(&format!(
367 "almacen :: {} :: {} sectores :: {} objetos :: raiz {}\n",
368 estado,
369 resumen.capacidad,
370 resumen.objetos,
371 if resumen.raiz { "presente" } else { "ausente" },
372 ));
373 }
374 Err(motivo) => {
375 consola.escribir(&format!("almacen :: fallo :: {motivo}\n"));
376 }
377 }
378 // FASE 6.2 — dejar constancia de la linea de IRQ por la que el disco
379 // anunciara, ya sin sondeo, el fin de cada transferencia.
380 match drivers::disco::irq() {
381 Some(irq) => {
382 consola.escribir(&format!("disco :: virtio-blk en IRQ {irq} -- E/S asincrona\n"))
383 }
384 None => consola.escribir("disco :: IRQ no enrutada -- E/S por sondeo\n"),
385 }
386 consola.presentar();
387}
388
389// =============================================================================
390// PUNTO DE ENTRADA DEL KERNEL
391// =============================================================================
392
393fn kernel_main(boot_info: &'static mut BootInfo) -> ! {
394 // --- 1. Recuperar el framebuffer GOP que el firmware nos confio. ---
395 let framebuffer = match boot_info.framebuffer.as_mut() {
396 Some(fb) => fb,
397 None => detener(),
398 };
399 let info: FrameBufferInfo = framebuffer.info();
400 let formato: PixelFormat = info.pixel_format;
401 let pantalla = Pantalla::adoptar(framebuffer, info);
402
403 // Datos para la sonda de disco (Fase 6.1b): el offset al que el cargador
404 // mapeo la memoria fisica y la mayor region de RAM libre para el DMA.
405 let offset_fisico = boot_info.physical_memory_offset.into_option();
406 let region_dma = mayor_region_usable(&boot_info.memory_regions);
407
408 // --- 2. Encender la baliza: la red de seguridad visual va primero. ---
409 BALIZA_PANICO.encender(
410 &pantalla,
411 codificar(formato, Color::ALERTA),
412 codificar(formato, Color::OOM),
413 );
414
415 // --- 3. Cimientos de fallos e interrupciones (Fases 2.0 y 2.1). ---
416 gdt::init();
417 interrupts::init();
418 pic::init();
419
420 // --- 4. FASE 3 :: fundar el heap. A partir de aqui, `alloc` esta vivo. ---
421 memory::init();
422
423 // --- 5. Con el heap activo, fundar lo que depende de el: el canal de
424 // scancodes, el reloj de fotogramas y la tipografia vectorial. ---
425 async_system::teclado::init();
426 async_system::reloj::init();
427 texto::init();
428
429 // --- 6. Construir el lienzo y la consola; pintar el rotulo inicial,
430 // ya rasterizado por fontdue, y publicar la consola globalmente. ---
431 let memoria = match reclamar_memoria_lienzo() {
432 Some(m) => m,
433 None => detener(),
434 };
435 let ancho_lienzo = info.width.min(ANCHO_MAX);
436 let alto_lienzo = info.height.min(ALTO_MAX);
437 let mut lienzo = Lienzo::nuevo(memoria, ancho_lienzo, alto_lienzo, formato);
438 lienzo.limpiar(Color::LIENZO_EN_REPOSO);
439
440 let mut consola = Consola::nueva(lienzo, pantalla);
441 consola.escribir("renaser :: fase 6.2 -- E/S de disco asincrona por interrupcion\n");
442 consola.presentar();
443 CONSOLA.call_once(|| Mutex::new(consola));
444
445 // --- 6.5. FASE 6.1c :: fundar el subsistema de disco y, sobre el, el grafo
446 // de objetos: enumerar el bus PCI, montar el transporte virtio-blk,
447 // y leer o forjar el superbloque del almacen direccionado por
448 // contenido. El kernel adquiere, por fin, una memoria que perdura. ---
449 match (offset_fisico, region_dma) {
450 (Some(offset), Some((inicio, fin))) => {
451 drivers::disco::init(offset, inicio, fin);
452 informar_almacen();
453 }
454 _ => {
455 if let Some(consola) = CONSOLA.get() {
456 let mut consola = consola.lock();
457 consola.escribir("virtio-blk :: omitido -- memoria fisica sin mapear\n");
458 consola.presentar();
459 }
460 }
461 }
462
463 // --- 6.6. FASE 13 :: despertar el raton PS/2. El 8042 enciende su
464 // dispositivo auxiliar, el raton empieza a reportar, y el PIC
465 // desenmascara su IRQ12. Desde aqui hay un puntero en pantalla,
466 // y los clics pueden alcanzar al compositor.
467 drivers::raton::init(ancho_lienzo, alto_lienzo);
468
469 // --- 7. FASE 7 :: levantar el reactor y poblar el userspace DESDE EL
470 // GRAFO. El kernel ya no empotra los modulos WASM: lee el
471 // Manifiesto de Genesis que `boot` sembro en la imagen de disco e
472 // instancia cada `EntradaApp` recuperando su bytecode del grafo de
473 // objetos. Las cinco apps de genesis (dos instancias de hello, la
474 // discola, la glotona y la cronista) nacen del disco, no del
475 // binario del kernel.
476 //
477 // Las interrupciones se habilitan AHORA: el temporizador marcara el
478 // compas de los fotogramas y la IRQ del teclado difundira cada
479 // scancode a los canales que las apps consultan. ---
480 let mut ejecutor = Executor::nuevo();
481 cargar_userspace(&mut ejecutor, ancho_lienzo, alto_lienzo);
482 // FASE 6.2 :: una tarea mas del reactor — no una app WASM— que sondea el
483 // disco de forma ASINCRONA: la demostracion de que la IRQ del disco
484 // conduce la E/S sin detener a las aplicaciones visuales.
485 ejecutor.spawn(tarea_sonda_disco());
486 x86_64::instructions::interrupts::enable();
487 ejecutor.run();
488}