蘋果M1芯片版的Mac已可運(yùn)行Linux系統(tǒng)

自從 Apple 推出使用其新的高性能 ARM 芯片的新 Mac 之后，第三方軟件開發(fā)人員就一直不停嘗試，試圖在新硬件上啟動(dòng)和運(yùn)行可替代的操作系統(tǒng)。上個(gè)月初，一些開發(fā)人員在 M1 Mac 上啟動(dòng)了 Windows 10 和 Fedora Linux 虛擬機(jī)，但是這并不算操作系統(tǒng)的替代使用。在開發(fā) M1 Mac 替代操作系統(tǒng)中，獲得最大突破是專門從事 ARM 設(shè)備虛擬機(jī)的公司 Corellium 的團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)設(shè)法移植了 Linux，并使其在 M1 Mac Mini 上 “完全可用”。

新的 Linux 端口使得 Ubuntu 首次在 Apple 的 M1 Macs 運(yùn)行。Corellium 已成功將 Ubuntu 移植到 M1 Macs 上，并發(fā)布了一個(gè)教程供其他人遵循。修改后的 Ubuntu 版本啟動(dòng)后會加載到常規(guī)用戶界面中，并包括 USB 支持。

盡管 M1 芯片和 Apple 的其他芯片共享著很多組件，但它是非標(biāo)準(zhǔn)化的，因此創(chuàng)建 Linux 驅(qū)動(dòng)程序以確保 Ubuntu 正常運(yùn)行并不容易。

蘋果公司在設(shè)計(jì) M1 Mac 時(shí)并未考慮到雙系統(tǒng)或替代系統(tǒng)。蘋果公司軟件工程高級副總裁 Craig Federighi 此前曾指出官方無意支持以本地方式啟動(dòng)其他操作系統(tǒng)，例如 Windows 或 Linux。虛擬機(jī)看似是蘋果公司建議用戶使用其它操作系統(tǒng)的唯一方法，但這并沒有阻止人們創(chuàng)建自己的端口。

Hector Martin 是一個(gè)常常將 Linux 在各種硬件上運(yùn)行的開發(fā)人員，他也正試圖將 Linux 移植到 M1 Macs 上。這些開發(fā)人員大多被蘋果 M1 芯片提供的性能優(yōu)勢吸引，在基于 ARM 的 MAC 上運(yùn)行 Linux 想必是無聲的?！翱梢赃\(yùn)行 Linux 的 ARM 筆記本電腦已經(jīng)讓我期待很久了，” Linux 創(chuàng)造者 Linus Torvalds 在 11 月表示，“除了操作系統(tǒng)外，新版的蘋果 Air 幾乎是完美的。”

Corellium 發(fā)文

Corellium 首席技術(shù)辦公室 Chris Wade 昨天在 Twitter 上宣布了團(tuán)隊(duì)工作的最新進(jìn)展。他在博客上寫道：“研究蘋果 M1，不僅是為了創(chuàng)造新的 Linux 端口，這也是我們安全研究的一部分?！?/p>

該博客文章提供了 Corellium 在此過程中克服的諸多障礙，包括處理 Apple 的 SoC 是如何創(chuàng)建更多 CPU 內(nèi)核的，處理 Apple 專有的中斷控制器等等。除此之外，Corellium 還添加了預(yù)加載器，該預(yù)加載器充當(dāng) Linux 的包裝程序，并作為啟動(dòng)處理器內(nèi)核的緩沖。

這篇文章包括在 M1 Mac 上安裝 Ubuntu 的教程，還有一個(gè) Github 存儲庫（corellium /linux-m1），用戶可以從中下載。按照這些步驟操作，用戶最終可以直接從 USB 啟動(dòng)操作系統(tǒng)。但是，目前距離 Boot Camp 風(fēng)格的雙系統(tǒng)還有很長的路要走。即使 Corellium 團(tuán)隊(duì)已經(jīng)公布了教程，但其所需的步驟仍比大多數(shù)用戶想像的更為復(fù)雜，所以不建議普通用戶把它作為日常驅(qū)動(dòng)程序。

“這個(gè)新端口在 Mac Mini M1 上 “完全可用”，并且可以通過 USB 啟動(dòng)完整的 Ubuntu 桌面。”Corellium 的首席技術(shù)官 Chris Wade 稱，“但是，用戶將需要一個(gè) USB-C 加密狗才能使網(wǎng)絡(luò)正常工作，并且運(yùn)行端口需要對 Linux 和自定義內(nèi)核有所了解。Corellium 近期會發(fā)布有關(guān)該過程的教程?！?/p>

技術(shù)細(xì)節(jié)

Corellium 團(tuán)隊(duì)表示，蘋果不使用傳統(tǒng)方式來啟動(dòng)其 CPU。首先，它引導(dǎo)加載程序運(yùn)行一種名為 Mach 目標(biāo)文件格式（Mach-O）的可執(zhí)行文件，該可執(zhí)行文件以名為 IMG4 的簽名包裝器格式進(jìn)行包裝。隨著啟動(dòng)更多 CPU 內(nèi)核，情況變得更加復(fù)雜，它們將從內(nèi)存映射 I / O（MMIO）寄存器指定的地址開始運(yùn)行內(nèi)核。

蘋果公司設(shè)計(jì)了自己的控制器，該控制器超出了通常的 ARM 通用中斷控制器（GIC）標(biāo)準(zhǔn)。定時(shí)器中斷被導(dǎo)向快速中斷請求（FIQ），這不是標(biāo)準(zhǔn)化程序，反映了較舊的 32 位 ARM 系統(tǒng)。Corellium 團(tuán)隊(duì)稱，必須提供一組處理器間中斷（IPI）才能使多個(gè)處理器進(jìn)行通信。

Corellium 團(tuán)隊(duì)具有處理 FIQ 支持的經(jīng)驗(yàn)，并早已為 Apple 的大多數(shù)非標(biāo)準(zhǔn)方法做好了準(zhǔn)備。它的處理方法之一是，添加一個(gè)預(yù)加載程序，充當(dāng) Linux 的包裝程序，從而導(dǎo)致 OS 在 M1 處理器上啟動(dòng)。

該小組沒有用于 M1 Mac 的接口，因此不得不尋找替代輸入路線。在藍(lán)牙、USB 主機(jī)和 PCIe 上的 xHCI USB 主機(jī)中，他們選擇了 USB 主機(jī)并與 I2C 上的芯片進(jìn)行交互。

建立正確的 USB 連接后，他們可以連接鍵盤，鼠標(biāo)和閃存驅(qū)動(dòng)器。這為運(yùn)行正常的桌面 Linux 發(fā)行版提供了可能性。

團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)

Corellium 在解決 Apple 操作系統(tǒng)保護(hù)方面有一些經(jīng)驗(yàn)。此前它為安全研究人員提供了虛擬 iPhone，以幫助進(jìn)行漏洞探索。這一舉動(dòng)激怒了蘋果，使得它于 2019 年 8 月以版權(quán)為由向 Corellium 提起訴訟。蘋果后來在 2020 年 1 月指控 Corellium 違反了數(shù)字千年版權(quán)法案（DMCA），而法官在 12 月駁回了其侵犯版權(quán)的控告。關(guān)于其他數(shù)字千年版權(quán)法案指控的裁決已被推遲。

Corellium 此次利用其開發(fā) Sandcastle 項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，編寫用于新 Apple SoC 的 Linux 驅(qū)動(dòng)程序。幸運(yùn)的是，Apple 正式允許在 Apple Silicon Macs 上引導(dǎo)自定義內(nèi)核，因此替換程序開發(fā)者們無需利用漏洞來導(dǎo)向內(nèi)核。與其他 64 位 ARM SoC 相比，Apple Silicon 的固件接口和啟動(dòng)過程非常不同。經(jīng)過一些工作，Corellium 團(tuán)隊(duì)設(shè)法增加了對足夠硬件接口的支持，從而成功在 M1 Mac Mini 上引導(dǎo) Linux Ubuntu。

安裝教程

用戶可以下載 Corellium 共享的有關(guān)如何啟動(dòng) Ubuntu 的說明。關(guān)于此說明，簡單概括，首先需要下載其實(shí)時(shí)映像（從用于 Raspberry Pi 的 ARM64 Ubuntu 構(gòu)建中稍作修改），然后將映像復(fù)制到外部 USB 驅(qū)動(dòng)器（需要至少 16GB 的容量），將 USB 驅(qū)動(dòng)器連接到 Mac Mini 的 USB-C 端口，啟動(dòng)進(jìn)入初始操作系統(tǒng)界面，安裝自定義內(nèi)核（Corellium 提供了安裝腳本），最后使用默認(rèn)憑據(jù)登錄。

Corellium 也稱，安裝過程不是很友好，因此不建議初學(xué)者在 Mac Mini 上使用 Linux。此外，M1 的機(jī)器學(xué)習(xí)核心沒有 GPU 加速或支持，因此不要企圖在新系統(tǒng)上玩游戲或運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。但對于 PC 硬件和 Linux 的發(fā)燒友來說，這仍然是個(gè)令人振奮的消息。此外，Linux 創(chuàng)造者 Linus Torvalds 也稱，Apple Silicon MacBooks 所提供的性能和電池壽命是首屈一指的，因此它們非常適合進(jìn)行實(shí)時(shí)編程。
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