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東京都内のWebアプリケーション脆弱性検査を行っている企業に就職しました。

1年半に及ぶNEET生活とも一旦はサヨナラです。

5/3-4と伊豆・谷津にダイビングしてきました。
地元の漁師の人たちが大変フレンドリーで、軽トラで機材を運んでくれたり、４隻の漁船をGW休み中フル回転でダイビング用に回してくれました。

5/2の夜は熱海のビジネスホテルに泊まりました。近くのコンビニで見つけた「しずおか謹製　茶　コーラ」です：

アニメ絵のデザインに目が慣れすぎたせいか、久しぶりに いとういのぢ の描くハルヒを見ると、「あれ？こんなデザインだったっけ？」と軽い違和感を感じてしまった。

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gccコマンドの裏側を知りたいときのヒント集メモ。

使用環境：

CentOS 5.x
gcc-4.1.2-48.el5
libgcc-4.1.2-48.el5
cpp-4.1.2-48.el5
binutils-2.17.50.0.6-6.el5
binutils-devel-2.17.50.0.6-14.el5

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システムファイル属性が有効になっていると、「隠しファイル」のチェックボックスがグレーアウトされてしまう。

システムファイル属性を確認するにはATTRIBコマンドを使う。

> ATTRIB abc.txt
A  SH        C:\...\abc.txt

隠しファイル属性を維持したままシステムファイル属性を無効化：

> ATTRIB -S +H abc.txt

→これで「隠しファイル」のチェックボックスが使えるようになる。

隠しファイル属性を維持したままシステムファイル属性を有効化：

> ATTRIB +S +H abc.txt

参考：

• Cannot Change System File Attribute in Windows Explorer | Kyle's Blog
  • http://kyle-sandilands.com/?p=1615
• You cannot view or change the Read-only or the System attributes of folders in Windows Server 2003, in Windows XP, in Windows Vista or in Windows 7
  • http://support.microsoft.com/kb/326549/
• Cannot Change System File Attribute in Windows Explorer
  • http://support.microsoft.com/kb/152851/

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本シリーズでは Linux, BusyBox, uClibc を活用し、Linuxシステムを手作りしてみます。

• 技術/Linux/手作りLinuxシステム/01. Boot from Floppy Disk (kernel-2.6.x)
• 技術/Linux/手作りLinuxシステム/02. Boot from Floppy Disk (kernel-2.4.x)
• 技術/Linux/手作りLinuxシステム/03. BusyBoxとuClibcを組み合わせる
• 技術/Linux/手作りLinuxシステム/04. Boot from CD (kernel-2.6.x)
• 技術/Linux/手作りLinuxシステム/05. Boot from Network(PXE) (kernel-2.6.x)
• 技術/Linux/手作りLinuxシステム/06. Boot from Network(PXE + NFS + KGDB) (kernel-2.6.x)

本シリーズの目的は次の３つです。

• 手作りしていくことで BootLoader, Linux Kernel, ルートファイルシステム の関係を理解する。
• FD, CD, Network のそれぞれからブートさせるための知識をひとまとめにする。
• LinuxKernelのDebugシーンで役立つよう、ホストマシンでkernelコンパイル→Networkブートでターゲットマシンでロード、KGDBを組み込んでホストマシンからgdbでLinuxKernelのライブデバッグを実現する。

組み込みシステムは特に意識しません。クロスコンパイルも使いません。
x86(32bit)マシンにセットアップしたCentOS5.5上でのx86(32biti)用のgccをそのまま使い、VMware上で動かしてみます。後半はBuildrootを使ってgccツールチェインをホストマシンから分離しています。
各ツールや作業ステップの細かい解説は行いません。関連書籍やURLを随時紹介していきますので、それらを参照していただくか自分で適宜調べてみてください。本ページの最後にシリーズ全体での参考資料を挙げています。

なお、より本格的にLinuxシステムを手作りするドキュメントとしては "Linux From Scratch" があります。

• Welcome to Linux From Scratch!
  • http://www.linuxfromscratch.org/
• Linux From Scratch (日本語版, Version 6.6 (2011/04末時点の201003020版) )
  • http://linuxjf.sourceforge.jp/JFdocs/LFS-BOOK/
• ＠IT：ソースファイルからLinux環境を構築しよう！（1/3）
  • http://www.atmarkit.co.jp/flinux/rensai/lfs01/lfs01a.html

LFSでは用意するソフトウェアの数が多いです。
本シリーズではユーザーランドのソフトウェアについてBusyBoxを使って「手抜き」しており、その他ディレクトリや"/etc"ファイルに付いてもBuildrootにお任せしています。その分、FD/CD-ROM/ネットワークブートなどの起動方法のバリエーションをまとめることに注力しています。
用途や段階に応じて本シリーズとLFSを使い分けてください。

本シリーズで紹介するKernel+ユーザーランドの起動バリエーションを「元ネタ」として、実務や趣味のhackで活用していただければ幸いです。

想定読者レベル：

• INT 80h を使ってkernelのシステムコールを直接呼ぶタイプの "Hello, World!" をアセンブラで作成できる。
  • システムコールの実体とCランタイムライブラリの関係を理解していないと、BusyBox + uClibc環境の構築時のトラブル対処が難しいと思われる。
• gccを使わず、binutilsのツールだけで "printf()" Cランタイムライブラリを使った"Hello, World!"を動的リンク・静的リンクのそれぞれで作成できる。
  • gccとbinutilsの関係、オブジェクトファイルと最終的な実行ファイルの関係、unixにおける動的リンク・静的リンクの違いを理解していないと、BusyBox + uClibc環境の構築時のトラブル対処が難しいと思われる。
• リンカスクリプトを自分で作成し、生成された実行ファイルが上手く動作しない場合はobjdumpやreadelfなどのツールでELFを解析して自分で原因を特定できること。
  • クロスコンパイル環境の構築もそうですが、本シリーズで扱うように開発ツールセットをホストマシン環境から切り離す場合、リンカスクリプトやリンク時のオプション一つで実行ファイルが動かなくなります。そうしたトラブルに対処するためにはELFをある程度自分で解析できる必要があります。
• シェルスクリプトとMakefileを読める・書ける。
  • kernel, BusyBox, uClibc, Buildrootの全てでシェルスクリプトとMakefileが活用されているため、トラブル対処に必須の技能です。
• LinuxKernelの解説本やOS自作本を読んで、最低一度はMBRの起動からKernelの最初のプロセスの開始までを追ったことがある。
  • 本シリーズではこの辺の知識は前提条件としており、解説していません。

本シリーズの環境：

VMware : Workstation 7.1.2
VMwareホスト: Windows 7 SP1 (x86 32bit)
VMwareゲスト:
    開発マシン("ホストマシン"):
        CentOS 5.5 (x86, 32bit)
          gcc-4.1.2-48.el5
          libgcc-4.1.2-48.el5
          binutils-2.17.50.0.6-14.el5
    ターゲットマシン:
        （空）, 128MB, 1プロセッサ, 1GB HDD, CD-ROM, FDD

開発マシン上でkernelやユーザーランドをビルドし、ターゲットマシン上で起動してみます。
開発マシンとターゲットマシンは同じVMwareのNAT環境内にあります。

シリーズ全体で参考にさせて頂いた資料をここでまとめておきます。
Embedded UNIXの西田亙氏の一連の記事に大いに啓発されました。

参考ムック：

• CQ出版社, インターフェース増刊 Embedded UNIX
  • Vol.1 : 「Linuxシステム縮小化計画　第１回 BusyBoxによるLinux基本環境の構築」西田亙
  • Vol.2 : 「Linuxシステム縮小化計画　第２回 Linuxカーネルイメージのしくみとルートファイルシステム」西田亙
  • Vol.6 : 「ゼロから始める組み込みLinuxシステム構築」西田亙

Vol.1, Vol.2 が kernel-2.4.x とその時代のBusyBox、Vol.6がkernel-2.6を扱っています。

参考書籍：

"Embedded Linux Primer"が包括的かつ意外と詳しくて助かりました。

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Linux Kernel 2.6.x を使ってフロッピーディスクから起動するLinuxシステムを作ってみます。

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Linux Kernel 2.4.x を使ってフロッピーディスクから起動するLinuxシステムを作ってみます。
2.4.x に興味のない人はこの記事はスキップして下さい。

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技術/Linux/手作りLinuxシステム/01. Boot from Floppy Disk (kernel-2.6.x) で使用したBusyBoxですが、Linuxカーネルのヘッダーファイルをincludeしています。2011年4月現在、BusyBoxのFAQ( http://www.busybox.net/FAQ.html )にも

Programming questions >
 8. Tips and tricks >
  Including kernel headers

という項目で「本当は避けたほうが良いんだけど、どうしてもincludeしなくちゃならない場面もある」云々と書かれています。
特に設定を行っていない場合、ホストマシンのインクルードパスが使われるので、ホストマシンにインストールされた"kernel-headers"パッケージ提供のヘッダーファイルが参照されます。

どうせなら、ターゲットのLinuxカーネルヘッダを参照したいですよね。

となるとlibcライブラリもターゲットのLinuxに合わせたいところです。しかしglibcはMB単位の大きさになってしまうのでフロッピーに収まりません。
そこで今回取り上げるのが uClibc という組み込み向けにコンパクト化されたCライブラリです。

• uClibc
  • http://www.uclibc.org/

つまり

ターゲットのLinuxヘッダー + uClibc + BusyBox

の組み合わせにすればBusyBoxが参照するヘッダーも、リンクするライブラリも、全てターゲットとするLinuxに合わせることが出来ます。

この手法は組み込みの世界でも使われているらしく、@ITのMONOistで連載記事が公開されています。大いに参考にさせてもらいました、ありがとうございます。

• 連載記事「いますぐ使える！ BusyBox活用術」 － ＠IT MONOist
  • http://monoist.atmarkit.co.jp/fembedded/index/busyboxtech.html

ということで、今回は kernel-2.6.x のFDブートの発展形というか改良型としてルートファイルシステム上のアプリケーションを BusyBox + uClibc で構築してみます。加えて、簡単なHelloWorldもuClibcをリンクするようコンパイル、動作確認してみましょう。

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今回はCD/DVDからのLinuxシステムの起動を目指します。
1.4MBの制限が無くなりますので、容量をあまり気にせずkernelの設定やユーザーランドを構築できます。
ローカルHDDのマウントなどは考えません。単純にISOイメージ上に格納されたbzImage(Linuxカーネル)と、kernel-2.6以降で利用出来るようになったcpio形式のInitial RAM Disk(initrd)だけで起動します。ルートファイルシステムはkernelパラメータに "root=/dev/ram0" を指定することで、initrdをそのまま使います。

また、今回は "Buildroot" を使ってuClibc, BusyBoxのビルドとルートファイルシステムの構築を行ってみます。

initrd, initramfsの違いについては "DEBUG HACKS", hack #64 を参照してください。

initrdやInitial RAM Disk関連のカーネルパラメータ、カーネル設定については豊富なWeb資料と共に、カーネルソースツリーの

Documentation/
    blockdev/ramdisk.txt
    devices.txt
    initrd.txt
    filesystems/tmpfs.txt

も参考になります。