LiberSystem: čeští vývojáři staví operační systém od nuly v Rustu

Nový operační systém obvykle znamená novou distribuci Linuxu. LiberSystem, na kterém pracuje česká open-source organizace LiberSoft, jde jinou cestou: nesdílí s Linuxem jádro, knihovny ani základní představu o tom, jak má systém vypadat zevnitř. Je psaný od prvního řádku v jazyce Rust a stojí na mikrojádru, kapabilitním bezpečnostním modelu a typovaných objektech.

Projekt je veřejně dostupný na GitHubu, dokumentace je zpracovaná v angličtině i češtině a zdrojový kód je uvolněný pod licencí Unlicense, tedy fakticky do public domain. Autoři jej sami označují za experimentální a ranou fázi vývoje, ne za hotovou náhradu zavedených systémů.

Co znamená mikrojádro v praxi

Klasický systém typu Linux má monolitické jádro: ovladače, souborové systémy a síťový stack běží uvnitř jádra ve stejném privilegovaném prostoru. Chyba v ovladači tak může položit celý stroj. LiberSystem tuhle vrstvu rozděluje. Jádro je malé a jeho úkolem je pouze rozhodovat, kdo smí co, zatímco služby a ovladače běží mimo něj jako izolované komponenty, které lze v případě selhání restartovat samostatně.

Druhým pilířem je bezpečnostní model. Zatímco unixové systémy pracují s právy odvozenými od uživatele, LiberSystem používá takzvané kapability. Autorita k prostředku není odvozena od toho, kdo proces spustil, ale od konkrétního oprávnění, které mu bylo předáno a které nelze padělat. Princip nejnižších možných práv je tak zabudovaný do návrhu, ne dodatečně vynucovaný konfigurací.

Volba Rustu přitom není kosmetická. Značná část historických zranitelností v operačních systémech pramení z chyb při práci s pamětí — přetečení bufferu, použití uvolněné paměti a podobné třídy problémů. Rust je proti nim odolný už na úrovni jazyka a jeho nasazení v jádrech systémů je jedním z výraznějších trendů posledních let, viditelným i v samotném Linuxu.

Konec principu „všechno je soubor“

Nejvýraznější odklon od unixové tradice se týká toho, jak systém pracuje s daty a zařízeními. Unix a jeho následovníci reprezentují prakticky vše jako soubor v jednom globálním stromu — data na disku, procesy, síťové sokety i systémové informace v adresářích typu /proc, /sys a /dev. Model je jednoduchý, ale podle autorů LiberSystemu slévá dohromady věci s velmi odlišnou povahou.

LiberSystem místo toho zavádí typované objekty. Každý prostředek má jasně daný typ a rozhraní, které je popsáno ve vlastním jazyce LSIDL. Z těchto popisů se automaticky generují klientské i serverové části, přenosový formát a dokumentace, takže rozhraní mezi službami je strojově ověřitelné.

Změnou prochází i adresace dat. Systém nepoužívá mountpointy, ale explicitní volumes: cesta k souboru je navázaná na identitu konkrétního svazku, například ve tvaru vol:///cesta/k/souboru. Odpadá tím situace, kdy se po restartu nepřipojí externí úložiště a aplikace beze slova začnou zapisovat na systémový disk.

Nativním souborovým systémem je LiberFS. Používá copy-on-write, extentové mapování, kontrolní součty a snapshoty, tedy vlastnosti známé z Btrfs nebo ZFS, a dokumentace projektu jej s těmito i dalšími formáty přímo srovnává, včetně FAT, NTFS, ext4 a XFS.

Tři architektury a vlastní zavaděč

Operační systém LiberSystem je koncipován jako přenositelný. Jedno jádro běží na architekturách x86_64, ARM64 i RISC-V a startuje přes vlastní UEFI zavaděč. Systém počítá s vícejádrovými procesory od základu, nikoli jako s dodatečně doplněnou funkcí.

Součástí repozitáře je vedle návrhového dokumentu také samostatně publikovaný threat model, tedy popis toho, proti čemu se systém brání, kde vedou jeho bezpečnostní hranice a jak je každá z nich převedena na spustitelnou kontrolu. Takový dokument bývá u malých open-source projektů spíš výjimkou. Repozitář obsahuje i vlastní ladicí nástroje — testovací sadu, měření časování a nástroj pro práci s běžící instancí systému.

Pro koho to je

Autoři necílí na běžné uživatele, kteří hledají náhradu za Windows. Zmiňovanými scénáři jsou vývojáři, early adopteři, zařízení typu appliance, edge computing, bezpečnostní výzkum a experimentální systémový vývoj — tedy prostředí, kde je hodnota izolace a ověřitelných rozhraní vyšší než dostupnost desítek tisíc hotových aplikací.

Právě v tom spočívá hlavní překážka každého nového systému. Zavedené platformy mají za sebou desetiletí vývoje, miliony aplikací a obrovské množství ovladačů. Nový projekt začíná bez toho všeho, zároveň ale bez zátěže rozhodnutí, která nelze změnit, aniž by se rozbila kompatibilita.

V diskusích na českých technických fórech vývojáři LiberSystem prezentují právě takto — ne jako konkurenci Linuxu, ale jako pokus odpovědět na otázku, jak by operační systém vypadal, kdyby se navrhoval dnes a od nuly. Reakce komunity byly smíšené, což je u projektu, který zpochybňuje padesát let zavedené praxe, očekávatelné.

Kde projekt sledovat

Informace o systému, dokumentace a odkazy na zdrojové kódy jsou k dispozici na stránkách projektu. Za vývojem stojí organizace LiberSoft, která se zaměřuje na svobodný software a otevřené technologie a na svém webu shromažďuje i další projekty a kontakty pro zájemce o spolupráci.

Vzhledem k rané fázi vývoje se projekt hodí spíš k testování ve virtuálním stroji než k nasazení na produkčním hardwaru. Pro obor je ale zajímavý i tak: pokusů napsat plnohodnotný operační systém od základů vzniká v Evropě jen málo a ještě méně jich má veřejně dostupný návrhový dokument, vlastní souborový systém a podporu tří architektur současně.