🥇Buildroot — част 1. Обща информация, събиране на минимална система, настройка чрез меню

Въведение

В тази поредица статии искам да разгледам системата за изграждане на дистрибуция buildroot и да споделя опит в нейното персонализиране. Тук ще бъде практическо изживяване за създаване на малка операционна система с графичен интерфейс и минимална функционалност.

Преди всичко, не трябва да бъркате системата за изграждане и дистрибуцията. Buildroot може да създаде система от набор от пакети, които са му предложени. Buildroot е построен на make-файлове и затова предлага огромни възможности за персонализация. Да замените пакет с друга версия, да добавите свой пакет, да промените правилата за изграждане на пакета, да персонализирате файловата система след инсталирането на всички пакети? Всичко това е възможно с buildroot.

В Русия buildroot се използва, но според мен има малко информация на руски език за начинаещи.

Целта на работата е да се създаде дистрибуция с live-стартиране, интерфейс icewm и браузър. Целевата платформа е virtualbox.

Защо да изграждате свой собствен дистрибуция? Често е необходимо ограничено функционалност при ограничени ресурси. Още по-често в автоматизацията се налага да се създават фърмуери. Приспособяването на обща дистрибуция, премахвайки излишните пакети и превръщайки я във фърмуер, е значително по-трудоемък процес, отколкото да се създаде нов дистриб.

Buildroot е много мощна система, но няма да свърши работата вместо вас. Тя единствено предоставя възможности и автоматизира процеса на изграждане.

Алтернативните системи за изграждане (yocto, open build system и други) не се разглеждат и не се сравняват.

Къде да намерите и как да започнете

Уебсайт на проекта — buildroot.org. Тук можете да изтеглите актуалната версия и да прочетете ръководството. Там можете също да се свържете с общността, има багтрейкър, пощенски списъци и IRC-канал.

Buildroot работи с defconfig файлове за целевата платформа за изграждане. Defconfig е конфигурационен файл, който съдържа само опциите, които нямат значение по подразбиране. Той дефинира какво и как ще бъде изградена системата. Можете отделно да настроите конфигурациите за busybox, linux-kernel, uglibc, bootloaders u-boot и barebox, но всичките те ще бъдат свързани с целевата платформа.
След разархивирането на изтегления архив или клонирането от git получаваме готов за работа buildroot. Подробно за структурата на директориите можете да прочетете в ръководството, ще спомена само най-важните:

board — каталог с файлове, специфични за всяка платка. Това могат да бъдат скриптове за генериране на имиджи на системата (iso, sdcart, cpio и други), каталог overlay, конфигурация на ядра и други
configs — собствено defconfig на платката. Defconfig — това е непълна конфигурация на платката. В него се съхраняват само параметрите, различни от дефолтните настройки
dl — каталог със свалени изходни кодове/файлове за компилация
output/target — събраната файлова система на получената ОС. Впоследствие от нея се създават имиджи за зареждане/инсталиране
output/host — host-утилити за компилация
output/build — събраните пакети

Конфигурирането на компилацията се извършва чрез KConfig. Тази система се използва също за компилация на ядрото на linux. Списък на най-често използваните команди (изпълнявайте в каталога buildroot):

make menuconfig — да извикате настройката на компилацията. Можете също така да използвате графичен интерфейс (make nconfig, make xconfig, make gconfig)
make linux-menuconfig — да извикате конфигурацията на ядрото.
make clean — да изчистите резултатите от компилацията (всичко, което се съхранява в output)
make — да компилирате системата. При това не се извършва повторна компилация на вече събраните процеси
make defconfig_name — да превключите конфигурацията на определен defconfig
make list-defconfigs — да покажете списъка на defconfig-ите
make source — само да свалите инсталационни файлове, без компилация.
make help — да изведете списък на възможни команди

Важно да се отбележи и полезни съвети

Buildroot не пре-компилира вече събраните пакети! Следователно може да възникне ситуация, в която е необходима пълна пре-компилация.

Можете да пре-компилирате конкретен пакет с командата make packagename-rebuild. Например, можете да пре-компилирате ядрото на linux:

make linux-rebuild

Buildroot съхранява състоянието на всеки пакет, създавайки .stamp-файлове в каталога output/build/$packagename:

Следователно, можете да пре-компилирате root-fs и имиджите без пре-компилация на пакетите:

rm output/build/host-gcc-final-*/*.stamp_host_installed; rm -rf output/target; find output/ -name ".stamp_target_installed" | xargs rm -rf; make

Полезни променливи

В buildroot има набор от променливи за удобно конфигуриране

$TOPDIR — коренен каталог на buildroot
$BASEDIR — каталог OUTPUT
$HOST_DIR, $STAGING_DIR, $TARGET_DIR — каталози на хост fs, staging fs, target fs.
$BUILD_DIR — каталог с разпаковани и събрани пакети

Визуализация

В buildroot има възможност за визуализация. Можете да изградите схема на зависимости, график на времето за компилация, график на размера на пакетите в крайния продукт. Резултатите в PDF файлове (по избор: svn, png) в каталога output/graph.

Примери на команди за визуализация:

make graph-depends построите дърво на зависимостите
make -graph-depends построите дърво на зависимостите за конкретен пакет
BR2_GRAPH_OUT=png make graph-build построите график на времето за компилация с изход в PNG
make graph-size построите график на размера на пакетите

Полезни скриптове

В каталога buildroot има подкаталог utils с полезни скриптове. Например, там има скрипт, който проверява коректността на описанията на пакетите. Това може да е полезно при добавянето на ваши пакети (ще го направя по-късно). В файла utils/readme.txt има описание на тези скриптове.

Нека съберем стандартния дистрибутив

Важно е да се припомни, че всички операции се извършват от името на обикновен потребител, а не root.
Всички команди се изпълняват в корена на buildroot. В доставката на buildroot вече има набор от конфигурации за много разпространени платки и виртуализации.

Предоставяме списък с конфигурации:

Превключваме се на конфиг qemu_x86_64_defconfig

make qemu_x86_64_defconfig

И стартираме компилацията

, затова потребителите на Windows трябва да инсталират Cygwin или да се справят сами с Visual Studio и библиотеките.

Компилацията завършва успешно, гледаме резултатите:

Buildroot събра образи, които могат да се стартират в Qemu, за да се уверите, че работят.

qemu-system-x86_64 -kernel output/images/bzImage -hda output/images/rootfs.ext2 -append "root=/dev/sda rw" -s -S

Резултатът — система, стартирана в qemu:

Създаване на конфигурация за собствена платка

Добавяне на файлове за платката

Предоставяме списък с конфигурации:

В списъка виждаме pc_x86_64_efi_defconfig. Ще създадем собствена платка, копирайки я от конфигурацията:

cp configs/pc_x86_64_bios_defconfig configs/my_x86_board_defconfig

Нека веднага създадем каталог за платката, за да съхраним нашите скриптове, rootfs-overlay и други необходими файлове:

mkdir board/my_x86_board

Превключваме се на този defconfig:

make my_x86_board_defconfig

По този начин конфигурирането на компилацията (което се съхранява в .config в корена на директорията buildroot) сега съответства на целевата машина x86-64 legacy(bios) старт.

Нека копираме конфигурацията на linux-kernel (ще е полезна по-късно):

cp board/pc/linux.config board/my_x86_board/

Настройка на параметрите на компилацията чрез KConfig

Стартираме настройката:

make menuconfig

Ще се отвори прозорецът KConfig. Има възможност за конфигуриране с графичен интерфейс (make nconfig, make xconfig, make gconfig):

Влизаме в първия раздел Target Options. Тук можете да изберете целевата архитектура, за която ще се извършва компилацията.

Build options — тук има различни настройки на компилацията. Можете да зададете директории за изходния код, брой потоци за компилация, огледала за изтегляне на изходния код и други настройки. Нека оставим настройките по подразбиране.

Toolchain – тук се конфигурира самият инструментарий за компилиране. Подробности за него по-късно.

Тип инструментальной цепочки – вид используемого тулчейна. Это может быть встроенный в buildroot или внешний тулчейн (можно указать каталог с уже собранным или URL для скачивания). Для разных архитектур есть дополнительные опции. Например, для arm можно просто выбрать версию внешнего тулчейна Linaro.

C библиотека – выбор библиотеки С. Это определяет работу всей системы. Обычно используется glibc, поддерживающая весь возможный функционал. Но она может оказаться слишком крупной для встроенной системы, поэтому часто выбирают uglibc или musl. Мы выберем glibc (в дальнейшем это потребуется для использования systemd).

Заголовки ядра и Заголовки пользовательского ядра – должны совпадать с версией ядра, которая будет в собираемой системе. Для заголовков ядра можно также указать путь к тарболу или git-репозиторий.

ВЕРСИИ COMPILER GCC – выбор версии компилятора, которая будет использована для сборки.
Включить поддержку C++ – выберем для сборки с поддержкой библиотек c++ в системе. В дальнейшем нам это пригодится.

Дополнительные опции gcc – можно задать дополнительные параметры компилятора. Нам это пока не нужно.

Конфигурация системы позволяет задать будущие параметры создаваемой системы:

Большинство пунктов понятны из названия. Обратим внимание на следующие пункты:
Путь к таблицам пользователей — таблица с создаваемыми пользователями (https://buildroot.org/downloads/manual/manual.html#makeuser-syntax).

Пример файла. Будет создан пользователь user с паролем admin, автоматически gid/uid, /bin/sh шеллом, группой по умолчанию user, член группы root, комментарием Foo user.

[alexey@alexey-pc buildroot ]$ cat board/my_x86_board/users.txt 
user -1 user -1 =admin /home/user /bin/sh root Foo user

Директории наложения корневой файловой системы — каталог, накладываемый поверх собранной target-fs. Добавляет новые файлы и заменяет имеющиеся.

Пользовательские скрипты для выполнения перед созданием образов файловой системы — Скрипты, выполняемые непосредственно перед сворачиванием файловой системы в образы. Сам скрипт пока оставим пустым.

Перейдём в раздел Ядро.

Здесь задаются настройки ядра. Само ядро конфигурируется через make linux-menuconfig.
Задать версию ядра можно по-разному: выбрать из предложенных, ввести версию вручную, указать репозиторий или готовый tarball.

Конфигурация ядра — путь к конфигу ядра. Можно выбрать конфигурацию по умолчанию для выбранной архитектуры или defconfig из Linux. В исходниках Linux есть набор defconfig’ов для разных целевых систем. Найти нужный можно, глянув напрямую в исходники здесь. Например, для платы beagle bone black можно изберете конфигурация.

Раздел Target packages позволява да изберете кои пакети ще бъдат инсталирани в създаваната система. Засега ще оставим без промяна. По-късно ще добавим своите пакети в този списък.
Filesystem images — списък на образи на файлови системи, които ще бъдат създадени. Нека добавим iso-образ.

Bootloaders — избор на създаваните зареждащи модули. Нека изберем isolinix.

Конфигуриране на Systemd

Systemd става един от стълбовете на linux, наред с kernel и glibc. Затова преместих настройката му в отделен пункт.

Настройва се чрез make menuconfig, след това Target packages → System tools → systemd. Тук можете да посочите кои услуги на systemd ще бъдат инсталирани и стартирани при стартиране на системата.

Запазване на конфигурацията на системата

Запазваме тази конфигурация чрез KConfig.

След което ще запазим нашия defconfig:

make savedefconfig

Конфигуриране на ядро на Linux

Конфигурирането на ядрото на linux се извиква с командата:

make linux-menuconfig

Нека добавим поддръжка за видеокартата Virtualbox

Нека добавим поддръжка за Virtualbox Guest integration.

Запазваме и излизаме. ВАЖНО: конфигурацията ще се запазва в output/build/linux-$version/config, но не в board/my_x86_board/linux.config

Затова трябва ръчно да копирате конфигурацията в мястото за съхранение:

cp output/build/linux-4.19.25/.config board/my_x86_board/linux.config

След което ще извършим пълна преробяване на цялата система. Тъй като buildroot не преробява вече събраните, трябва ръчно да посочим пакетите за преробяване. За да не губите време и нерви, малка система е по-лесно да се прероби напълно):