» Статьи » Все об эмуляции Linux во FreeBSD

Несмотря на то что современная FreeBSD достаточно популярна и хорошо подходит для применения в самых различных сферах: от высоконагруженных серверов до домашних компьютеров, она все же уступает Linux в одном немаловажном отношении - доступности программного обеспечения. Разработчики коммерческого ПО неохотно портируют свои продукты во FreeBSD, останавливаясь на ее гораздо более популярном конкуренте. К счастью, есть выход - эмуляция Linux.

Как это работает

Перед тем как приступать к настройке, мы посвятим несколько минут изучению внутренней структуры и механизмов работы эмулятора Linux. Это нужно для того, чтобы в случае возникновения ошибки или каких-либо трудностей ты смог правильно идентифицировать и устранить проблему.

Во-первых, эмуляция Linux - это вовсе не эмуляция, а имитация, прослойка, которая позволяет FreeBSD выдавать себя за Linux. Несмотря на то что почти все серьезные UNIX-подобные операционные системы совместимы между собой на уровне API (Application Programming Interface) и следуют стандарту POSIX, бинарный интерфейс (ABI - Application Binary Interface) этих ОС в большинстве случаев не совпадает. Например, FreeBSD использует Си-конвенцию системных вызовов, которая предусматривает передачу аргументов через стек, в то время как Linux требует, чтобы аргументы системных вызовов передавались в регистрах общего назначения. Кроме того, наборы системных вызовов Linux и FreeBSD в некоторых местах не совпадают.

Если исходный код программы доступен и написан с соблюдением общепринятых стандартов (в первую очередь POSIX), то не составит труда пересобрать программу для конкретной операционной системы (о совместимости ABI позаботится компилятор и низкоуровневые библиотеки), но что делать, если доступ к исходному коду закрыт? На этот случай во FreeBSD и других BSD-системах предусмотрен уровень совместимости, позволяющий операционной системе имитировать ABI другой UNIX-подобной ОС. Благодаря этому уровню «чужие» программы даже не догадываются о том, что их исполнение происходит в другой операционной системе.

Если мы рассмотрим процесс загрузки и исполнения бинарного файла Linux во FreeBSD подробнее, то увидим следующее. Прочитав заголовок исполняемого файла, FreeBSD найдет в нем специальную метку, говорящую о том, что это бинарный файл Linux, и активизирует уровень совместимости, который предоставит созданному процессу таблицу системных вызовов, совместимую с Linux. При этом сам процесс будет помещен в chroot-окружение (/compat/linux), содержащее копию среды Linux (то есть все, что может потребоваться программе во время работы, и в первую очередь библиотеки). Исполняясь в этой среде, процесс сможет обращаться к системным вызовам, загружать библиотеки, читать/писать файлы и делать все, что позволит ОС.

Несколько лет назад для запуска программ Linux во FreeBSD от пользователя требовалось пометить исполняемый файл специальным флагом (команда «brandelf -t Linux файл»), чтобы ядро смогло определить, что запускается бинарный файл Linux, и активировать режим совместимости. Современные версии компиляторов выставляют такую метку самостоятельно, и необходимость в этой процедуре возникает только в том случае, если пользователь запускает очень древнюю программу.

Настройка

Настройку двоичной совместимости с Linux условно можно разделить на два этапа. Первый - это конфигурирование ядра таким образом, чтобы научить его правильно обрабатывать исполняемые файлы, собранные для Linux. А второй - установка Linux-окружения, в котором эти файлы смогут корректно исполняться.

Пространство ядра

Для того чтобы научить ядро FreeBSD понимать исполняемые файлы Linux, достаточно подгрузить модуль linux.ko (kldload linux), содержащий все необходимые обработчики и альтернативную таблицу системных вызовов. После этого операционная система фактически будет готова к принятию «чужого» кода. Для «закрепления результата» следует добавить строку «linux_load="YES"» в /boot/loader.conf (загрузка одновременно с ядром), либо «linux_enable="YES"» в /etc/rc.conf (загрузка во время инициализации системы).

Поклонники монолитной модели ядра могут избежать необходимости ручной загрузки модуля, просто включив код совместимости в ядро. Конфигурационный файл ядра должен содержать следующие строки:

# vi /sys/i386/conf/GENERIC

option COMPAT_LINUX

option PSEUDOFS

option LINPROCFS

option LINSYSFS

Если сборка будет происходить для архитектуры amd64, то вместо COMPAT_LINUX следует указать строку COMPAT_LINUX32. Последние две строки указывают на то, что код Linux-реализаций файловых систем proc и sys также должен быть включен в ядро. Делать это не обязательно, каждая из них может быть собрана модулем.

На этом настройка ядра заканчивается, и мы переходим к конфигурированию Linux-окружения.

Пространство пользователя

Как уже было сказано ранее, исполнение бинарных файлов Linux происходит в изолированном окружении, которое располагается в каталоге /compat/linux. Чтобы программы могли работать в таком окружении, им требуется доступ ко всем необходимым библиотекам, конфигурационным файлам и специальным файлам, вроде тех, что находятся в каталоге /proc. Есть несколько способов обеспечить наличие этих файлов, мы рассмотрим их все.

Вариант первый. Классический

Первый и самый правильный прием, рекомендуемый разработчиками FreeBSD, заключается в установке окружения через коллекцию портов. Существует несколько портов, воссоздающих окружение времени исполнения различных дистрибутивов Linux. В современных версиях FreeBSD средой исполнения по умолчанию является набор пакетов из дистрибутива Fedora Core 4 (emulators/linux_base-fc4), также доступны коллекции пакетов из дистрибутива Gentoo 2006.0 (linux_base-gentoo-stage1, linux_base-gentoo-stage2 и linux_base-gentoo-stage3). По большому счету неважно, какой из них использовать. Необходимость в переключении на окружение другого дистрибутива может возникнуть только в случае, если программа откажется работать в среде, установленной в данный момент.

В случае если Linux-окружение не было установлено во время инсталляции операционной системы, необходимо воспользоваться командой pkg_add /cdrom/packages/All/linux_base-fc-4_9.tbz (имя пакета может отличаться в зависимости от версии FreeBSD), либо пройти в каталог /usr/ports/emulators/linux_base-fc4 и набрать «make install clean». После того как одна из этих операций будет проделана, каталог /compat/linux превратится в локальную версию дистрибутива Linux.

Теперь необходимо обеспечить доступ к виртуальным файловым системам, без этого действия некоторые программы Linux откажутся работать. Открываем файл /etc/fstab и добавляем в него следующие строки:

# vi /etc/fstab

none /compat/linux/proc linprocfs rw 0 0

none /compat/linux/sys linsysfs rw 0 0

none /compat/linux/dev devfs rw 0 0

Первые две строки указывают на то, что к каталогам proc и sys, находящимся внутри окружения Linux, необходимо подключить Linux-версии файловых систем procfs и sysfs. Последняя же строка говорит о том, что к каталогу dev также должна быть примонтирована родная файловая система devfs. Это может показаться абсурдом, так как практически ни один специальный файл этого каталога не совпадает по имени у FreeBSD и Linux. На самом деле, файловая система devfs нужна только для того, чтобы Linux-программы смогли выводить звук, ведь интерфейс OSS, используемый в обеих операционных системах, является стандартом и одинаков в Linux и FreeBSD.

После того как операция по модификации файла /etc/fstab будет закончена, набираем «mount –a», чтобы изменения вступили в силу. Это все, теперь внутри твоей FreeBSD поселился самый настоящий Linux. Ты даже можешь переместиться в него, набрав от имени суперпользователя команду chroot /compat/linux /bin/bash. Все программы Linux теперь должны запускаться и корректно работать. Это относится не только к простым программам, вроде xcalc, но и к комплексным, вроде Quake4 или UT2004. При этом гарантируется, что программа будет работать с такой скоростью, как если бы она была запущена в настоящем Linux.

Вариант второй. Грязный

Второй вариант настройки среды исполнения заключается в ручном копировании необходимых файлов в каталог /compat/linux, без использования коллекции портов или пакетов. Достоинство подхода в том, что он не требует выкачивания из сети сотен мегабайт данных и позволяет использовать уже имеющееся дерево файлов Linux (например, взятое с дистрибутивного диска). Описывать способ нет смысла, потому что подробности совершаемых операций зависят от дистрибутива Linux и не универсальны.

В общем случае все, что требуется сделать, - это скопировать базовый комплект дистрибутивных пакетов и распаковать их в каталог /compat/linux. Это не так трудно, как кажется на первый взгляд. Следует установить FreeBSD-версию пакетного менеджера подопытного дистрибутива (например, archivers/rpm4 или archivers/dpkg) и с его помощью накатить нужные пакеты. Впоследствии недостающие пакеты можно добавить, используя уже родные Linux-версии этих программ:

Установка дополнительных пакетов

Red Hat/Fedora Core

# /compat/linux/bin/rpm -ihv --root=/compat/linux пакет.rpm

Debian/Ubuntu

# /compat/linux/usr/bin/dpkg -i --root=/compat/linux пакет.dpkg

Вариант третий. Простой

Процесс создания среды исполнения существенно упростится, если дистрибутив Linux уже установлен на смежном разделе. В этом случае не потребуется даже копирование, останется только подключить Linux-раздел к каталогу /compat/linux, и среда исполнения готова. Конечно, чтобы использовать этот прием, придется расместить Linux на файловой системе, поддерживаемой FreeBSD хотя бы в режиме чтения.

Вариант четвертый. Радикальный

Четвертый и последний вариант довольно радикальный и издевательский по своей задумке. Он применим в тех случаях, когда необходимо обеспечить Linux-программе доступ к корневой файловой системе (например, если программа должна обращаться к «настоящей» версии каталога /etc). Chroot-окружение, в которое помещается любой процесс Linux, не предоставляет такой возможности (в этом и заключается смысл песочницы). Но есть выход: можно просто создать ссылку /compat/linux, указывающую на корень (rm -rf /compat/linux && ln -s / /compat/linux), и тогда chroot-окружение станет идентичным корню. Проблема только в том, что Linux-программы не смогут работать с библиотеками FreeBSD, им нужны их нативные версии. Просто скопировать эти библиотеки в корень не удастся по причине пересечения имен, поэтому следует переименовать их по определенной схеме (например, libc.so.6 в libc-linux.so.6). После этого в файл /etc/libmap.conf можно добавить такие строки:

# vi /etc/libmap.conf

[/home/username/linux]

libc.so.6 libc-linux.so.6

libdl.so.2 libdl-linux.so.2

И так для всех библиотек, требуемых программе. Сами же Linux-программы следует положить в каталог /home/username/linux, именно для него будет действовать приведенное переназначение имен. Описанный способ может показаться слишком грубым, но он действительно работает и может помочь в определенных обстоятельствах.

INFO

Для тех отважных юниксоидов, что идут в ногу с прогрессом и используют последний срез CVS седьмой версии FreeBSD, рекомендую переключить режим совместимости на имитацию ядра Linux версии 2.6.19: sysctl compat.linux.osrelease=2.6.19. Версия 2.4.2, имитируемая по умолчанию, уже не удовлетворяет потребностям современных Linux-программ.

Коллекция портов FreeBSD насчитывает несколько десятков так называемых Linux-портов. Чтобы найти их, находясь в каталоге /usr/ports, набери команду make search name=linux-.

Переменные sysctl

Существует три переменные ядра, напрямую относящиеся к уровню совместимости с Linux: compat.linux.osname - имя имитируемой операционной системы; compat.linux.osrelease - версия ядра Linux, стабильные версии FreeBSD поддерживают только совместимость с ядром версии 2.4.2 (во FreeBSD 7 была добавлена поддержка ядра 2.6.19); compat.linux.oss_version - версия интерфейса OSS (Open Sound System).

Развеиваем миф о драйверах nVidia

Среди пользователей широко распространено мнение о том, что фирменные драйверы nVidia для FreeBSD - это не что иное, как драйверы Linux, работающие в режиме совместимости с Linux. Это, конечно же, неправда, на данный момент FreeBSD способна имитировать только ABI Linux, а не постоянно изменяющийся интерфейс между ядром и драйверами. Модуль совместимости с Linux, который так «любят» драйверы nVidia, нужен только для того, чтобы позволить пользователю играть в Linux-версии коммерческих игр.