Что десктопные приложения, да и сам десктоп рано или поздно переедет в веб, было понятно едва ли не после рождения JavaScript, поэтому появление Chrome OS во многом предсказуемо. И что облачную ОС выпустила именно Google, тоже абсолютно закономерно. Но давай попробуем отойти от бесконечных дебатов о будущем десктопа, разжигаемых консервативной частью айтишников, и посмотрим на Chrome OS с точки зрения технической реализации.

 

Дорога в облака

Google анонсировала Chrome OS летом 2009 года и уже в ноябре продемонстрировала ее публике и выложила исходники в открытый доступ под именем Chromium OS. Тогда операционка была довольно проста и представляла собой запущенный на полный экран браузер Chrome, работающий поверх сильно урезанного дистрибутива Ubuntu. В ней были реализованы все те же механизмы изоляции вкладок браузера и плагинов, все та же многопроцессная модель работы браузера, но в целом ничем особенным операционка не отличалась.

На протяжении следующих пяти лет Google непрерывно, но не особо афишируя свою работу развивала Chrome OS. Попутно она выпускала так называемые Chromebook’и и Chromebox’ы, ставшие популярными среди юниксоидов, которые сносили Chrome OS сразу после покупки. Постепенно Gooogle отказалась от Ubuntu в пользу Gentoo (судя по всему — чтобы получить возможность сборки пакетов без «бесполезных» для нее зависимостей и плюшки Hardened-версии дистрибутива) и заменила-таки однооконный режим на стандартный для десктопов многооконный со стандартной панелью задач снизу. Google сознательно отказалась от него в первых версиях Chrome OS, поскольку ОС была ориентирована на нетбуки с их небольшими экранами, но, судя по всему, пользователи этого не оценили.

Появились и офлайновые веб-приложения (доступные также в обычном Chrome) и, наконец, поддержка ряда приложений для Android. Последнее событие стало вполне ожидаемым после того, как руководство разработкой обеих операционок перешло в руки Сундара Пичая (Sundar Pichai), который всегда был ответствен за развитие Chrome, Chrome OS и веб-приложений Google.

Chrome OS развивается вместе с самим браузером, поэтому их версии совпадают. На момент написания статьи это была версия 41, но в отличие от браузера у Chrome OS нет готовых сборок для установки за исключением официально поддерживаемых Chromebook’ов и Chromebox’ов. Однако в Сети вполне можно найти неофициальные сборки на базе исходников Chromium OS. Например, здесь всегда можно скачать ежедневные сборки для x86, x64 и ARM. Достаточно записать одну из них на флешку и загрузиться с нее. Однако надо быть готовым, что не все компоненты машины заведутся (в моем случае отвалился тачпад). К тому же Chromium OS не поддерживает Flash, DRM и Netflix, зато в ней есть доступ к консоли с правами root.

Рабочий стол Chrome OS с окном настроек и панелью
Рабочий стол Chrome OS с окном настроек и панелью
 

Базовые концепции

Ключевая идея Chrome OS в том, что по большому счету это ОС для тонких клиентов, где все, кроме графического интерфейса и браузера, находится в Сети. Фактически без подключения к интернету и аккаунта Google операционка даже не пустит пользователя внутрь (по крайней мере в первый раз). Файлы Google предлагает сохранять в свой Google Drive (покупателям Chromebook’ов компания дает 100 Гб), настройки, расширения и установленные приложения синхронизируются стандартным для браузера Chrome способом. Для печати предлагается использовать Google Cloud Print.

В российских реалиях такой подход ничего не дает и создает массу трудностей, да и в остальном мире тоже. Но Chrome OS — это задел Google на будущее, и такая модель работы позволила программистам реализовать ряд интересных архитектурных решений и подходов к обеспечению безопасности. О чем мы и поговорим в оставшейся части статьи.

 

Все начинается с BIOS

Несмотря на то что Chromium OS может работать на компах со стандартным BIOS, Chromebook’и базируются на CoreBoot. И это не просто одна из их технических особенностей, а намеренная оптимизация. CoreBoot — полностью 32-битный «BIOS», лишенный балласта из большого количества кода инициализации оборудования, бесполезного в наши дни. Вкупе с оптимизациями Google он способен выполнить холодный старт от нажатия кнопки питания до загрузки ядра буквально за доли секунды.

Далее CoreBoot находит загрузочный раздел GPT и загружает в память бинарник, содержащий бутлоадер u-boot (он обычно используется во встраиваемой электронике) и ядро Linux, после чего отдает управление u-boot, и начинается почти стандартная для Linux-дистрибутивов процедура загрузки, включающая в себя монтирование корневого раздела, запуск демонов, графической системы и, наконец, интерфейса.

Интересно во всей этой процедуре то, что у загрузчика с ядром и корневой ФС есть «резервные копии» в отдельных разделах, и эта особенность используется для обновления ОС и отката в случае сбоя. Во время автоматического обновления Chrome OS вообще не трогает текущую установку, а вместо этого прописывает новую версию ОС в те самые «резервные разделы», которые становятся «текущими» после перезагрузки. В случае сбоя при загрузке новой версии ОС произойдет обратная перемена местами и юзер сможет получить доступ к заведомо рабочей системе (система сама способна понять, что она успешно загрузилась, и поставить соответствующий флаг на текущие GPT-разделы).

Более того, на каждом этапе передачи управления от одного компонента к другому (например, от CoreBoot к u-boot) происходит сверка цифровой подписи (в случае корневой ФС — поблочная сверка контрольных сумм на лету), при несовпадении которой система также откатится к прошлой версии. Это работает, потому что разделы с текущей версией системы монтируются только на чтение и пользователь даже случайно не сможет их изменить.

Процесс загрузки Chrome OS
Процесс загрузки Chrome OS

 

INFO

EEPROM Chromebook’а содержит не только две копии firmware (одна из которых резервная), но и неперезаписываемый recovery firmware, позволяющий загрузить систему с USB-флешки или карты памяти и произвести проверку и восстановление системы.

Кроме CoreBoot, EEPROM любого Chromebook’а включает в себя SeaBIOS — открытую реализацию BIOS, которая позволяет без лишних хлопот установить на устройство Windows или Linux.

 

Вездесущий Linux

Текущие версии Chrome OS основаны на Gentoo Linux с тем исключением, что вместо стандартной для данного дистрибутива системы инициализации OpenRC здесь задействован убунтовский Upstart. По сравнению с обычным дистрибутивом Linux система сильно урезана, поэтому загружать тут особого нечего и стартует она буквально за секунду. Обычного терминала нет, но есть местный shell crosh, доступный по .

Linux и в Chrome OS Linux
Linux и в Chrome OS Linux

Выполнив в нем команду shell, мы получим доступ к стандартному bash с правами root (в Chromium OS, естественно) и сможем исследовать систему. Здесь есть всем нам известные демоны rsyslogd, dbus-daemon (D-Bus используется в Chrome OS для обмена данными между браузером и остальными частями системы), wpa_supplicant (аутентификация в Wi-Fi-сетях), dhcpcd, иксы, ModemManager (работа с 3G-модемами), udev, ConnMan (управляет соединениями с сетью) плюс более десятка специфичных для Chrome OS демонов, отвечающих в том числе за обновление системы (update_engine), работу с TPM-модулем (chapsd), шифрование домашнего каталога (cryptohomed), отладку (debugd) и другие задачи.

Особое место здесь занимает демон session_manager, ответственный за инициализацию высокоуровневой части ОС. В его задачи входит:

  1. Запустить X-сервер.
  2. Инициализировать переменные окружения для браузера Chrome.
  3. Создать необходимые каталоги, файлы и правила cgroups для Chrome.
  4. Запустить Chrome.
  5. Вызвать Upstart-событие login-prompt-visible, в результате чего на экране появится окно логина.

Во время этого процесса действительно не запускаются какие-либо компоненты, отвечающие за формирование «рабочего стола» (за исключением окна логина). Его отрисовкой занимается сам браузер, полагаясь на фреймворк Aura, включающий в себя низкоуровневые функции для работы с графикой и окнами (с хардварным ускорением через DRI) и окружение рабочего стола Ash, которое отрисовывает панель задач, декорации окон, Google Now и другие стандартные элементы интерфейса ОС. Являясь частью браузера Chrome, они, тем не менее, работают внутри нескольких независимых процессов.

Из чего состоит Chrome OS
Из чего состоит Chrome OS

 

INFO

В случае сбоя загрузки системы, который регистрируется, если процесс браузера не может быть запущен в течение 30 с, Chromium OS автоматически запускает SSH-сервер и перезапускает опрос ядра на наличие оборудования с помощью команды udevtrigger.

Благодаря интеграции Aura и Ash в сам Chrome получить рабочий стол Chrome OS можно в любой ОС, запустив браузер с флагом —open-ash.

 

Безопасность

Помимо уже рассмотренных методов обеспечения безопасности и целостности данных, таких как безопасная загрузка системы, зашифрованный домашний каталог с кешированными данными (шифрование выполняется отдельно для каждого юзера), а также стандартных для браузера Chrome методов изоляции процессов, плагинов и Native Client от системы (здесь используется механизм seccomp-bpf, позволяющий фильтровать обращения к системным вызовам), в Chrome OS задействован ряд других подходов к обеспечению безопасности.

Центральное место среди них занимает minijail — небольшое приложение, применяемое для изоляции системных сервисов (демонов) и других компонентов системы. Это очень гибкое приложение, которое позволяет выполнять такие функции, как наделение приложения «возможностями» или их отзыв (capabilities — специальная подсистема ядра Linux для наделения не SUID-бинарников некоторыми возможностями root), запереть его в chroot, отозвать права root, установить лимиты на ресурсы (rlimits), разместить процесс в выделенных пространствах имен (на манер LXC и Docker) и применить к нему правила cgroups.

Если взглянуть на вывод ps aux|grep minijail (см. скриншот) в работающей системе, то можно заметить, что minijail используется для запуска демонов с теми или иными настройками, но число таких демонов по отношению ко всем работающим в системе не так уж и велико. Судя по документам разработчиков, в будущем minijail планируют существенно расширить и применять его к гораздо большему количеству компонентов системы, включая графический стек и Chrome. Пока же что есть, то есть.

Демоны, запущенные под контролем minijail
Демоны, запущенные под контролем minijail

Из остальных средств обеспечения безопасности можно отметить применение флагов компилятора для минимизации риска срыва стека (-fno-delete-null-pointer-checks, -fstack-protector, FORTIFY_SOURCE), задействование «усиленного» механизма ASLR (Address space layout randomization) в ядре Linux (патч PaX), использование capabilities вместо SUID-бинарников где это возможно, ограничения на загрузку модулей ядра, использование модуля TPM (в Chromebook’ах) для хранения ключей шифрования диска и пароля пользователя, запрет на запуск обычных ELF-бинарников юзером и некоторые другие вполне стандартные техники, многие из которых пересекаются с Android и Hardened Gentoo.

 

Выводы

Конечно, Chrome OS гораздо сложнее, чем я смог описать в этой статье. В ней есть множество нюансов и огромное количество интересных идей. Обо всем этом можно почитать на сайте проекта Chromium, благо авторы открыты по отношению к сторонним разработчикам и написали весьма неплохую документацию.

Оставить мнение

Check Also

Конкурс хаков: пишем на PowerShell скрипт, который уведомляет о днях рождения пользователей Active Directory

В компаниях часто встречается задача уведомлять сотрудников о приближающихся днях рождения…