cviceni/2.mdwn

   1 [[!meta title="Embedded Linux"]]
   2
   3 [[!toc]]
   4
   5 Cíl cvičení
   6 ===========
   7
   8 Open source projekty se často nepoužívají osamoceně, ale v kombinaci s
   9 jinými OSS projekty, čímž vznikají tak tzv. OSS stacky. Asi
  10 nejznámějším stackem je LAMP – Linux, Apache, MySQL, PHP. Na dnešním
  11 cvičení se seznámíme s dalším, velmi často používaným, stackem
  12 [Linux][kenrel] + [BusyBox][bb] (+[Dropbear][dropbear] SSH server).
  13
  14 [BusyBox][bb] je sada UNIXových uživatelských nástrojů (shell, editor,
  15 utility jako ls, mkdir, …) zkompilovaná do jedné binárky. V kombinaci
  16 s jádrem Linuxu tak dostáváme kompletní operační systém s poměrně
  17 malými nároky na paměť. Díky tomu se tato kombinace často používá ve
  18 vestavěných (embedded) aplikacích jako například
  19 [WiFi routery či ADSL modemy][owrt].
  20
  21 V tomto cvičení si zkusíte vytvořit kompletní open source operační
  22 systém z Linuxového jádra a uživatelského prostředí tvořeného právě
  23 BusyBoxem. Dále si vyzkoušíte naprogramovat jednoduchý modul do jádra.
  24
  25 [kenrel]: http://kernel.org/
  26 [bb]:http://busybox.net/
  27 [owrt]:http://www.openwrt.org/
  28 [dropbear]:http://matt.ucc.asn.au/dropbear/dropbear.html
  29
  30 Postup
  31 ======
  32
  33 1. Stáhneme [zdrojové kódy][bbgit] projektu [BusyBox][bb]:
  34
  35         git clone git://busybox.net/busybox.git --reference /usr/src/busybox.git
  36         cd busybox
  37
  38 [bbgit]:http://git.busybox.net/busybox/
  39
  40 2. Zkonfigurujeme jak chceme BusyBox přeložit.
  41
  42         make menuconfig
  43
  44    Vystačíme s výchozí konfigurací, takže zvolit `Exit` a odpovědět
  45    `Yes`, že chceme konfiguraci uložit.
  46
  47 3. Kompilaci provedeme tradičně příkazem
  48
  49         make
  50
  51 4. Příkazem
  52
  53         make install
  54
  55     nainstalujeme busybox do adresáře `./_install`. Všimněte si, že se
  56     tam nachází pouze jedna binárka `bin/busybox` a všechno ostatní
  57     jsou pouze symbolické odkazy na tuto binárku.
  58
  59     Protože neprovádíme tzv. *křížový překlad*, který je běžný pro v
  60     případě vestavěných zařízení, můžeme výsledek hned otestovat
  61     například spuštěním shellu: `./_install/bin/sh` (ukončíme ho např.
  62     příkazem `exit`).
  63
  64     V případě skutečného vestavěného systému bychom museli pokračovat
  65     dál a bysybox otestovat až po nabootování na cílovém hardwaru.
  66
  67 5. Pokud máte na vašem počítači práva superuživatele root, můžete
  68    otestovat BusyBox v chroot prostředí, t.j. se stejným jádrem jako
  69    právě běží na vašem počítači, ale se souborovým systémem tvořeným
  70    pouze BusyBoxem:
  71
  72         # chroot _install /bin/sh
  73
  74    Fungovat to ale nebude, protože ke spuštění BusyBoxu jsou potřeba
  75    knihovny, které v nejsou v adresáři `_install` dostupné.
  76
  77 6. Chybějící knihovny zjistíte příkazem
  78
  79         ldd _install/bin/busybox
  80
  81    Tyto knihovny musíte nakopírovat do adresáře `_install`
  82
  83         mkdir _install/lib
  84         cp /lib/i686/cmov/libm.so.6 /lib/i686/cmov/libc.so.6 /lib/ld-linux.so.2 _install/lib
  85
  86    Nyní už můžete spustit BusyBox v chroot prostředí.
  87
  88 5. Nejjednodušší možnost jak nabootovat do právě vytvořeného
  89    uživatelského prostředí je uložit ho ve formátu pro Linuxový
  90    startovací RAM-disk a nabootovat Linux s tímto RAM-diskem.
  91
  92    Aby vše fungovalo jak má, kromě souborů v adresáři `_install` musí
  93    RAM-disk obsahovat i někoik položek v adresáři `/dev` pro přístup k
  94    virtuálním terminálům.
  95
  96    1. Pokud máte root práva, použijte ke tvorbě RAM-disku následující příkazy:
  97
  98             mkdir _install/{dev,etc,proc,sys}
  99             sudo cp -a /dev/tty? _install/dev
 100             ln -s bin/busybox _install/init
 101             (cd _install; find . | cpio -o -H newc | gzip) > ramdisk
 102
 103    2. Bez rootovských práv můžete RAM-disk vytvořit pomocí nástoje
 104       [gen_init_cpio][gic].
 105
 106             (
 107             cat <<EOF
 108             dir /dev 755 0 0
 109             nod /dev/tty0 644 0 0 c 4 0
 110             nod /dev/tty1 644 0 0 c 4 1
 111             nod /dev/tty2 644 0 0 c 4 2
 112             nod /dev/tty3 644 0 0 c 4 3
 113             nod /dev/tty4 644 0 0 c 4 4
 114             slink /init bin/busybox 700 0 0
 115             dir /proc 755 0 0
 116             dir /sys 755 0 0
 117             EOF
 118
 119             find _install -mindepth 1 -type d -printf "dir /%P %m 0 0\n"
 120             find _install -type f -printf "file /%P %p %m 0 0\n"
 121             find _install -type l -printf "slink /%P %l %m 0 0\n"
 122             ) > filelist
 123
 124             gen_init_cpio filelist > ramdisk
 125
 126 [gic]:http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=blob;f=usr/gen_init_cpio.c;hb=HEAD
 127
 128 5. **Jádro Linuxu**. Příprava jádra je téměř stejná jako u BusyBoxu:
 129    stáhneme zdrojový kód, nakonfigurujeme a přeložíme. Vzhledem k
 130    rozsáhlosti jádra (zkompilované zabere na disku cca 1 GB a překlad
 131    trvá cca 20 minut) tyto kroky přeskočíme a použijeme již připravené
 132    jádro z distribuce.
 133
 134    Pokud byste si chtěli přeložit vlastní jádro, v následujícím
 135    příkazu byste za parametrem *-kernel* uvedli cestu k vámi
 136    zkompilovanému jádru.
 137
 138 6. Bootování jádra s naším filesystémem (v emulátoru):
 139
 140         qemu -kernel /boot/vmlinuz-2.6.26-2-686 -initrd ramdisk
 141
 142 7. Pokud vše proběhlo správně, zobrazila se hláška
 143
 144         Please press Enter to activate this console.
 145
 146    Po stisku Enteru se spustí shell a můžete začít pracovat ve
 147    vašem právě vytvořeném systému.
 148
 149 Možná vylepšení
 150 ===============
 151
 152 Dále můžete provést drobná vylepšení vašeho systému, která vám mohou
 153 zjednodušit další práci.
 154
 155 1. Můžete připojit souborový systém `/proc`, aby fungovaly příkazy
 156    jako např. `ps` (výpis běžících procesů). Příkaz spusťte v
 157    emulátoru, ne na vaší pracovní stanici.
 158
 159         mount -t proc none /proc
 160
 161 2. V RAM-disku můžete vytvořit soubor `/etc/init.d/rcS`, který bude
 162    obsahovat příkazy, které budou spuštěny při bootu systému.
 163
 164         mkdir -p _install/etc/init.d
 165         cat <<EOF > _install/etc/init.d/rcS
 166         #!/bin/sh
 167         mount -t proc none /proc
 168         echo Nazdar!!!!
 169         EOF
 170         chmod +x _install/etc/init.d/rcS    # nastavení spustitelnosti
 171
 172    Nyní musíte znovu vytvořit RAM-disk a nabootovat.
 173
 174 Jaderné moduly
 175 ==============
 176
 177 Jaderné moduly jsou přeložené kusy kódu, které lze za běhu nahrávat do
 178 Linuxvého jádra. Pokud bychom chtěli nalézt analogickou věc v
 179 uživatelském prostředí, pak by to byly *sdílené knihovny*. Jaderný
 180 modul může obsahovat kód ovladače zařízení, podporu určitého
 181 souborového systému, může přidávat do jádra nové funkce (např.
 182 firewall) či sloužit jako knihovna pomocných funkcí pro jiné moduly
 183 (např. libata).
 184
 185 Zdrojový kód jednoduchého jaderného modulu vypadá následovně:
 186
 187     #include <linux/init.h>
 188     #include <linux/module.h>
 189     MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 190
 191     static int hello_init(void)
 192     {
 193         printk(KERN_ALERT "Hello, world\n");
 194         return 0;
 195     }
 196
 197     static void hello_exit(void)
 198     {
 199         printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world\n");
 200     }
 201
 202     module_init(hello_init);
 203     module_exit(hello_exit);
 204 *Příklad převzat z [LDD3][LDD3].*
 205
 206 Překlad modulu provedeme pomocí jednoduchého souboru Makefile, který
 207 bude obsahovat jedinou řádku (zde předpokládáme, že výše uvedený
 208 soubor se jmenuje khello.c):
 209
 210     obj-m = khello.o
 211
 212 Nyní stačí zavolat `make` se správnými parametry:
 213
 214     make -C /lib/modules/$(uname -r)/build M=$(pwd) modules
 215
 216 Tímto říkáme, že příkaz `make` načte `Makefile` z adresáře se
 217 zdrojovými kódy aktuálně běžícího jádra (o který adresář se jedná
 218 můžete zjistít pomocí `readlink -f /lib/modules/$(uname -r)/build`),
 219 pomocí proměnné `M` řeknete, že se váš modul nachází v aktuálním
 220 adresáři a slovo `modules` na konci znamená, že chcete, aby se
 221 zkompilovaly pouze moduly.
 222
 223 Pokud vše dopadlo dobře, objevil se vám soubor `khello.ko`, což je
 224 modul, který můžete zavést do jádra příkazem
 225
 226     insmod khello.ko
 227
 228
 229
 230 Zadání
 231 ======
 232
 233 Vytvořte jednoduchý jaderný modul, který po zavedení do jádra vypíše
 234 vaše jméno (objeví se ve výstupu `dmesg`). Jinak nemusí dělat nic.
 235 Předveďte činnost vašeho modulu ve vámi vytvořeném systému běžícím v
 236 emulátoru.
 237
 238 Kdo se bude nudit, může zkusit rozšířit modul tak, aby se jeho jméno
 239 objevilo v souboru `/proc/myname` nebo vytvořit jednoduchý ovladač,
 240 který bude vracet vaše jméno při čtení z `/dev/myname`. Návod najdete
 241 v [tomto článku][henson_drivers] (strany 2 a 3).
 242
 243 Tipy a triky
 244 ============
 245
 246 * Pro vyvolání určitého příkazu z historie můžete použít klávesu
 247   `Ctrl-R` následovanou textem hledaného příkazu. Např:
 248
 249         <Ctrl-R>cpio<Enter>
 250
 251 Reference
 252 =========
 253
 254 * [ramfs, rootfs and initramfs](http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=blob;f=Documentation/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt;hb=HEAD)
 255 * [Early userspace support](http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=blob;f=Documentation/early-userspace/README;hb=HEAD)
 256 * [Inside the Linux boot process](http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-linuxboot/)
 257 * [The Linux Bootdisk HOWTO](http://www.tldp.org/HOWTO/Bootdisk-HOWTO/)
 258 * [Linux Loadable Kernel Module HOWTO](http://tldp.org/HOWTO/Module-HOWTO/)
 259 * [Linux Device Drivers, Third Edition][LDD3]
 260 * [Kbuild & modules](http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=blob;f=Documentation/kbuild/modules.txt;hb=HEAD)
 261 * [/dev/hello_world: A Simple Introduction to Device Drivers under Linux](henson_drivers)
 262
 263 [LDD3]:http://lwn.net/Kernel/LDD3/
 264 [henson_drivers]:http://linuxdevcenter.com/pub/a/linux/2007/07/05/devhelloworld-a-simple-introduction-to-device-drivers-under-linux.html