Na předchozích cvičeních jsme se zabývali jednotlivými aspekty operačních systémů a jejich používání a programování. V této dobrovolné úloze si zkusíte sestavit kompletní operační systém z jednotlivých komponent. Bude se jednat o operační systém s jádrem Linux a jako uživatelský prostor budeme používat projekt BusyBox. Tato kombinace komponent je často používána ve vestavěných (embedded) aplikacích, jako jsou například síťové routery, chytré domácí spotřebiče apod.
Co je Linuxové jádro snad už trochu tušíte z přednášek. BusyBox je sada miniaturních Unixových programů jako je například příkazový interpret (shell), editor, příkazy jako ls, find, cat atd. Pomocí projektu BusyBox lze vytvořit funkční unixové uživatelské prostředí o celkové velikosti pod 1 MiB.
Vytvořte shellový skript, který automaticky vytvoří a v emulátoru Qemu nabootuje funkční operační systém. Skript by měl vykonat následující operace:
make defconfig, kompilace pomocí make).
make defconfig) a zkompiluje jádro. Doporučujeme kompilovat paralelně na všech dostupných procesorech pomocí make -j$(nproc).
qemu-system-x86_64).
Evaluace:
Základem pro váš souborový systém bude BusyBox nainstalovaný příkazem
make installTím se vytvoří základní adresářová struktura, ale k nabootování systému to stačit nebude. Bude potřeba vyřešit následující nedostatky:
/dev s odkazy na nejnutnější zařízení.
Jaké jsou potřeba knihovny pro běh daného programu lze zjistit příkazem ldd. V našem případě tedy spustíme
ldd _install/bin/busyboxVšechny zmiňované knihovny (s výjimkou
linux-vdso.so.1) je potřeba mít v cílovém souborovém systému v místě, kde je najde dynamický linker (/lib64/ld-linux-x86-64.so.2). Teoreticky byste si i tyto knihovny mohli zkompilovat sami, ale vzhledem k tomu, že kompilace knihovny jazyka C (libc) není triviální, použijte už zkompilovanou knihovnu z vašeho systému.
Dostupnost všech potřebných knihoven můžete otestovat příkazem chroot. Pokud se rozhodnete svůj souborový systém vytvářet v adresáři _install, spusťte tedy
chroot _install /bin/shTen spustí příkaz
/bin/sh s kořenovým adresářem nastaveným na _install. Shell tedy neuvidí žádné jiné soubory než ty, co jsou v adresáři _install a pokud tam budou chybět potřebné knihovny, nepůjde ani spustit.
Nejjednodušší možnost jak nabootovat do právě vytvořeného uživatelského prostředí je uložit ho ve formátu pro Linuxový startovací RAM-disk a nabootovat Linuxové jádro s tímto RAM-diskem. Aby vše fungovalo jak má, kromě souborů v adresáři _install musí RAM-disk obsahovat i několik položek v adresáři /dev pro přístup k virtuálním terminálům. V závislosti na vašem oprávnění můžete RAM-disk vytvořit jedním z následujících způsobů:
mkdir _install/{dev,etc,proc,sys}
sudo cp -a /dev/tty? _install/dev
ln -s bin/busybox _install/init
(cd _install; find . | cpio -o -H newc | gzip) > ramdisk
( cat <<EOF dir /dev 755 0 0 nod /dev/tty0 644 0 0 c 4 0 nod /dev/tty1 644 0 0 c 4 1 nod /dev/tty2 644 0 0 c 4 2 nod /dev/tty3 644 0 0 c 4 3 nod /dev/tty4 644 0 0 c 4 4 slink /init bin/busybox 700 0 0 dir /proc 755 0 0 dir /sys 755 0 0 EOF find _install -mindepth 1 -type d -printf "dir /%P %m 0 0\n" find _install -type f -printf "file /%P %p %m 0 0\n" find _install -type l -printf "slink /%P %l %m 0 0\n" ) > filelist gen_init_cpio filelist | gzip > ramdiskVýše uvedené příkazy fungují následovně: Nejprve vytvoříme seznam souborů (
filelist), které má ramdisk obsahovat. Nástroj gen_init_cpio pak podle toho seznamu vytvoří obraz ramdisku, který “zazipujeme” příkazem gzip a uložíme do souboru ramdisk.
Na 64-bitovém systému spustíme emulátor Qemu s parametry -kernel a -initrd. Jako jádro zvolíme výsledek naší kompilace jádra, typicky soubor arch/x86/boot/bzImage. Spuštění emulátoru pak může vypadat např. následovně:
qemu-system-x86_64 -kernel linux-stable/arch/x86/boot/bzImage -initrd busybox/ramdisk
Pokud vše proběhlo správně, zobrazila se hláška
Please press Enter to activate this console.a po stisku Enteru můžete začít pracovat ve vašem právě vytvořeném systému.
Dále můžete provést drobná (či větší) vylepšení svého nového systému, která vám mohou zjednodušit další práci.
/proc, aby fungovaly příkazy jako např. ps (výpis běžících procesů). Příkaz spusťte v emulátoru, ne na vaší pracovní stanici. mount -t proc none /proc
/etc/init.d/rcS, který bude obsahovat příkazy, které budou spuštěny při bootu systému. mkdir -p _install/etc/init.d cat <<EOF >_install/etc/init.d/rcS #!/bin/sh mount -t proc none /proc echo Nazdar!!!! EOF chmod +x _install/etc/init.d/rcS # nastavení spustitelnostiNyní musíte znovu vytvořit RAM-disk a nabootovat.
qemu -serial stdio ...a jádru předáme parametr
console=ttyS0qemu -serial stdio -append console=ttyS0 ...
qemu -net nic,vlan=0,model=ne2k_pci -net user,vlan=0 ...
ssh -X) nebo používat Qemu s emulací obrazovky v textovém režimu qemu -curses. Další možnost je emulovat HW bez grafické karty qemu -nographic a nastavit testovaný systém tak, aby systémová konzole směřovala na sériový port (-append console=ttyS0).