qemu で xv6 のエミュレート(環境構築メモ)

急に qemu で xv6 動かしてみたくなってしまったので、

どうやったら動いたかをメモする

xv6 は MIT の授業で使われてるっぽいシンプルな OS

詳しくは講義ページとか見ると良さそう

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僕の環境

• OSX High Sierra 10.13.3

なので elf binary(バイナリの形式の一つ)を使う

x86(Intel の 32-bit CPU アーキテクチャのこと)用にクロスコンパイルするために

toolchain を揃えなきゃいけないみたい

compiler toolchain に関しては講義ページ内のここに書いてある

そして /usr/local とかにぶち込むので基本的に全部 sudo でやればよさそう

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必要なもの(Homebrewとか自前ビルドとかで)

• gmp, mpfr, mpc あたりのライブラリ(Homebrew 最新版)
• binutils(最新版)
• gcc(4.6.4 指定)
• qemu(最新版)
• gdb(最新版)
  • brew install –with-all-targets gdb
    • ビルドに結構時間かかる

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必要なもののバージョン

• binutils 2.30
• gcc 4.6.4
• qemu 2.11.1
• gdb 8.1

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gcc について

• gcc-4.5以前は新しいmakeinfoでエラーが出る
• gcc-4.7以降は配布物が全部入りとなり巨大

とのことで、他のバージョンも色々試したのち 4.6.4 を入れたらうまくいきました

tar xjf gcc-core-4.6.4.tar.bz2  # 解凍する
cd gcc-4.6.4  # できた dir の中に入る
mkdir build  # GCC will not compile correctly unless you build in a separate directory
cd build

# Makefile をつくる
sudo ../configure --prefix=/usr/local \
    --target=i386-jos-elf --disable-werror \
    --disable-libssp --disable-libmudflap --with-newlib \
    --without-headers --enable-languages=c

sudo make all-gcc  # いくつか warning とか error は出るが無視した
sudo make install-gcc         # This step may require privilege (sudo make install-gcc)
sudo make all-target-libgcc
sudo make install-target-libgcc     # This step may require privilege (sudo make install-target-libgcc)
cd ../..

i386-jos-elf-gcc -v  # ここで以下のように出れば ok ぽい
# =>
#  組み込み spec を使用しています。
#  COLLECT_GCC=i386-jos-elf-gcc
#  COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/local/libexec/gcc/i386-jos-elf/4.6.4/lto-wrapper
#  ターゲット: i386-jos-elf
#  configure 設定: ../configure --prefix=/usr/local --target=i386-jos-elf --disable-werror --disable-libssp --disable-libmudflap --with-newlib --without-headers --enable-languages=c
#  スレッドモデル: single
#  gcc バージョン 4.6.4 (GCC)

というわけでなんとか クロスコンパイル用の gcc toolchain が入った

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gdb について

使えるようにするまでなかなか面倒みたい

• .gdbinit ファイル
  • 調べればわかると思います。(参考: 僕の)
• システム証明書の発行
  • golang の debugger である delve のための証明書の時もはまったんだけど
  • 証明書アシスタントからシステム証明書を直接作成しようとするとエラーが出てしまうので
  • 一旦ログイン証明書を作ってそれをシステム証明書に移動させて使う というやり方をしている
• システム証明書の確認
  • codesign -vv which gdb
    • /usr/local/bin/gdb: code object is not signed at all
    • In architecture: x86_64
    • とか言われる(証明書が発行されていない状態)
• 作成したシステム証明書を gdb 用に設定する
  • sudo codesign -s gdb-cert /usr/local/bin/gdb
• 再びシステム証明書の確認
  • codesign -vv which gdb
    • /usr/local/bin/gdb: valid on disk
    • /usr/local/bin/gdb: satisfies its Designated Requirement
    • と出てたら良さそう
• taskgated を一度 sudo kill する
• これで gdb が使えるはず

qemu での起動

あとは簡単で xv6-public のソースを MIT の github からもらってきて

make qemu

とコマンド叩くだけ

こんな感じで起動する

workspace/xv6-public - [master] ( '-') make qemu
dd if=/dev/zero of=xv6.img count=10000
10000+0 records in
10000+0 records out
5120000 bytes transferred in 0.079054 secs (64765760 bytes/sec)
dd if=bootblock of=xv6.img conv=notrunc
1+0 records in
1+0 records out
512 bytes transferred in 0.000030 secs (17043521 bytes/sec)
dd if=kernel of=xv6.img seek=1 conv=notrunc
315+1 records in
315+1 records out
161452 bytes transferred in 0.001818 secs (88810330 bytes/sec)
qemu-system-i386 -serial mon:stdio -drive file=fs.img,index=1,media=disk,format=raw -drive file=xv6.img,index=0,media=disk,format=raw -smp 2 -m 512
xv6...
cpu1: starting 1
cpu0: starting 0
sb: size 1000 nblocks 941 ninodes 200 nlog 30 logstart 2 inodestart 32 bmap start 58
init: starting sh
$  # <- コンソール立ち上がった

適当にコマンド叩く

ls コマンド

$ ls
.              1 1 512
..             1 1 512
README         2 2 2290
cat            2 3 12208
echo           2 4 11396
forktest       2 5 7204
grep           2 6 13720
init           2 7 11784
kill           2 8 11348
ln             2 9 11328
ls             2 10 13280
mkdir          2 11 11404
rm             2 12 11388
sh             2 13 21192
stressfs       2 14 11852
usertests      2 15 49048
wc             2 16 12720
zombie         2 17 11136
console        3 18 0
$

起動時に開く qemu のウィンドウから直接叩くことも可能

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参考:

• 32bit 版 xv6 を Yosemite で動かす
• Tips for Productive Debugging with GDB
• macOS Sierraでgdbを使う
• 最低限のクロスコンパイラの作り方
• gcc-4.6.1の対応アーキテクチャ

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