Questions de DS de LPE

Brève introduction

Ce document contient la plupart des questions posées à un DS de LPE / RPI / Compilation croisée (Linux pour la L3 en gros) de 2015 à 2020. Gros remerciements à Guillaume Carlier pour sa participation à ce document. Grâce à lui, vous éviterez un rattrapage de plus à 2i ! :) Le répertoire libdate contenu dans le git, contient un exemple de makefile (à compléter s'il manque des trucs).

Clé USB / Partitions / Montages / Démontages

• Quelles commandes permettent d’afficher les noms des périphériques de stockage et des partitions détectées sur votre système Linux ?

fdisk -l
df -h
mount
dmesg

• Quelle commande affiche la liste des montages en cours ? Comment n'afficher que les montages qui concernent des disques de type "sd" ?

  • La commande df.
  • La commande df | grep sd

• Quelle commande permet de partitionner un disque dur ? Indiquez les contraintes de nommage correspondant au partitionnement et la localisation de la table de partitions

  • Partitionner : fdisk <periphérique>
  • On ne peut créer que 4 partitions primaires ou 3 primaires et 1 étendue pouvant contenir 60 partitions logiques. Les périphériques sont souvent nommés /dev/sd .
  • La table de partition est contenue dans le MBR (premier secteur du disque)

• Écrire(s) la ou les commande(s) à exécuter avant d’extraire une clé USB, identifiée comme étant sdd, et qui contient deux partitions primaires.

  • Vérifier si la clé est montée : df -h
  • Démonter les partitions : umount /dev/sdd1 && umount /dev/sdd2
  • Si impossibilité : quitter les points de montages des partitions correspondantes (gestionnaires de fichiers, terminaux etc...)

• Indiquez la nature des arguments de la commande permettant de monter une partition. Dans quel fichier sont définis et comment sont organisés les montages par défaut ?

  • On indique une partition (ex: /dev/sdb1) en argument à mount
  • /etc/fstab

• Quelle commande permet de formater une partition ? Indiquez le rôle du paramètre j que nous avons employé en TP

  • mkfs.ext3 -j /dev/sdc1
  • -j : créer un système de logs sur la partition.

• Indiquez quelles systèmes de fichiers créer et comment les produire pour préparer un OS pour RPI sur votre carte SD.

  • Systèmes de fichiers à créer :
    • Une partition fat32 (pour le boot) ; mkfs.vfat <partition>
    • une partition ext4 : mkfs.ext4 <partition>

• Dessiner de manière synthétique un périphérique de stockage en faisant apparaître la manière dont grub y est installé.

  • https://i.imgur.com/m2A87TC.png

Scripts

• Dans un script shell, comment récupérer la réponse à une question d’un utilisateur (par exemple : « voulez-vous recompiler le noyau [Y-n] ? ») et déclencher un traitement par défaut dans le cas où il saisit autre chose que « n » ?

read reponse #recupération de la réponse
if [ $reponse != "n" ]
then
	#traitement par défaut
fi

• Dans un script shell, comment vérifier si le dossier /mnt/emb/bin existe, et le créer s'il n'existe pas ? Quelle commande alternative permettrait de créer le répertoire de manière à ne pas déclencher d'erreur s'il existe déjà ?

if [[ -d /mnt/emb/bin ]] # pour vérifier la présence du dossier
mkdir -p /mnt/emb/bin # pour créer le répertoire sans visualisation des erreurs

• Décrire l’information que doit porter la première ligne d’un script shell. Quelle est la différence entre la première ligne d’un script shell s’exécutant sur PC sous Linux et un script qui doit s’exécuter sur une busybox. Quelle propriété doit avoir un script shell et comment la lui attribuer ?
• Donner un exemple de la première ligne (généralement) présente dans un script shell. Quelle propriété doit avoir ce script et comment la lui attribuer ?
  • On spécifie l'interprète pour le script : #!/bin/bash
  • Sous busybox on utilisera : /bin/sh
  • Un script shell doit avoir les droits d'exécution (avec chmod +x par exemple)

Compilation en C sous Linux, librairies

• Donnez quatre options utilisées par le compilateur gcc et indiquez précisément à quel(s) outil(s) elles sont destinées : précompilateur, compilateur ou éditeur de liens

Option	But	Etape de la compilation
-c	interrompre la compilation avant l'édition de liens	compilateur
-l<nom>	indiquer une librairie dynamique avec laquelle réaliser une édition de liens	éditeur de liens
-I<chemin>	indiquer le chemin des fichiers d'entête (non indiqués par $PATH)	compilateur
-L<chemin>	indiquer le chemin des librairies	éditeur de liens
static/-shared	demander une édition de liens statique/dynamique	éditeur de liens

• Quelle est la différence entre les paquets libncurses5 et libncurses5-dev ? Quand doit-on respectivement les utiliser ?
  • libncurses fournit les bibliothèques partagées pour utiliser un terminal tandis que libncurses5-dev fournit les fichiers d'entête.
  • On peut utiliser libncurses5 pour exécuter des programmes dépendant de ncurses, et on doit utiliser libncurses pour développer un programme utilisant les fonctions de la librairie ncurses.
• Que signifie « produire un exécutable statique » ? Un exécutable « dynamique » ? Qu'est-ce qu'un fichier d'entête ? Une librairie ? Quelles sont leurs extensions ? Quelles étapes de la production d'un exécutables les concernent respectivement ? Produire un fichier makefile pour illustrer vos réponses en présentant les principales options de gcc utiles pour ces étapes.
  • On suppose qu'on veut compiler un programme test_date.c, utilisant une fonction de la librairie date.c.

all: test_date
test_date: static dynamic
	gcc -c test_date.c
    gcc -static -L. test_date.o test_date_src # production de l'exécutable statique
    gcc -L. test_date.o test_date_dyn -ldate # production de l'exécutable dynamique

static: date.o
    ar -qvs libdate.a date.o # génération de la librairie statique

dynamic: date.o
    gcc -shared date_fPIC.o -o libdate.so # génération de la librairie dynamique

date.o: date.c # remarque : on suppose que date.h est notre fichier d'entête
    gcc -c date.c -o date.o # compilation
    gcc -c date.c -fPIC date_fPIC.o # compilation pour la librairie dynamique

• Décrire ce qui se passe lors des étapes de production d’un exécutable : précompilation, compilation et édition de liens. Donnez les 5 options principalement utilisées par le gcc pour ces étapes.

1. Traitement par le préprocesseur : le fichier source est traité par un préprocesseur qui fait des transformations purement textuelles (remplacement de chaînes de caractères, inclusion d’autres fichiers source, etc). (Options utilisées : -E)
2. La compilation : le fichier engendré par le préprocesseur est traduit en assembleur i.e. en une suite d’instructions associées aux fonctionnalités du microprocesseur (faire une addition, etc). (Options utilisées : -c, -I)
3. L’édition de liens : afin d’utiliser des librairies de fonctions déjà écrites, un programme est séparé en plusieurs fichiers source. Une fois le code source assemblé, il faut lier entre eux les fichiers objets. L’édition de liens produit un fichier exécutable. (Options utilisées : -L -l)

• Comment afficher le processeur pour lequel un exécutable a été compilé ? Comment tester si un exécutable a des dépendances ? Comment lister les symboles exportés par une librairie ? Respectivement :

  • file <fichier>
  • ldd <fichier>
  • nm <fichier>

• Quelle commande doit-on effectuer pour générer l’exécutable helloDyn en version dynamique, à partir d’un fichier source hello.c ? Quelle commande doit-on effectuer pour générer l’exécutable helloSta en version statique, à partir d’un fichier source hello.c ?

  • Cf le makefile ci-dessus pour cette question

• A quoi sert la librairie ncurses ? De quoi a besoin un programme utilisant la librairie ncurses pour fonctionner ? Indiquez les étapes nécessaires à la production depuis votre poste de travail, puis à l’exécution sur un RPI, d’un programme utilisant la librairie ncurses.

  • Ncurses est une bibliothèque qui fournit des fonctions de définition de touches du clavier, de couleurs d'écran et permet l'affichage de plusieurs fenêtres sans recouvrement sur un terminal.
  • Pour fonctionner, un programme utilisant ncurses a besoin des librairies associées (dynamiques ou statiques).
  • Production d'un programme ncurses sur un RPI :
    1. Configuration de la librarie ncurses avec ./configure --prefix=<dest_dir> --host=..linux.. --target=..rpi.., puis make et make install.
    2. Compilation du programme principal avec le compilateur croisé.

• L'exécution d'une application ncurses produit le message "cannot open terminal" et s'arrête. Quelle en est la cause et comment résoudre ce problème ?

  • La base de données des terminaux "terminfo" n'est pas présente sur le système cible OU les variables d'environnement TERMINFO et TERM sont mal définies.
  • Pour résoudre ce problème, on installe cette base de données et définit TERMINFO pour qu'elle pointe vers le répertoire où est installé "terminfo" et TERM de façon désignant la valeur d'un terminal présent dans la base.

• Indiquez quelle est la procédure généralement appliquée pour produire et installer un programme à partir de ses sources. Précisez les commandes et arguments utilisés.

  1. make menuconfig # configuration du programme
  2. make CONFIG_PREFIX=<point_montage> -j4 # compilation des sources
  3. make install # installation des exéutables et librairies

• A partir d'un fichier source hello.c, quelle commande doit-on effectuer pour :

  • Générer l'exécutable helloDyn en version dynamique ?
  • Générer l'exécutable helloSta en version statique ?
  • Connaître la liste des librairies dynamiques partagées nécessaires à l'exécution du programme helloDyn ?

• Qu'indique la commande précédente appliquée à l'exécutable helloSta ?

  • gcc hello.c -o helloDyn
  • gcc -static hello.c -o helloSta
  • ldd helloDyn
  • helloSta n'est pas un exécutable dynamique.

IHM pour l'embarqué

• Qu'est-ce que le framebuffer ? Quelles commandes utilisant le framebuffer avez-vous utilisé lors des Tps ? Comment savoir si le RPI intègre le support du framebuffer ?

  • Plusieurs possibilités de réponses :
    • Framebuffer permet au noyau d'accéder à la mémoire de la GPU pour produire des interfaces graphiques / jeux ....
    • Framebuffer : couche d'abstraction graphique indépendante du matériel pour afficher des éléments graphiques dans une console sans avoir besoin de bibliothèques spécifiques à un système.
    • Le framebuffer permet de piloter les modes graphiques en haute résolution directement depuis le noyau Linux.
  • Lors des TPs, on a utilisé fbv (pour afficher des images sur l'écran)
  • Le RPI intègre le support du framebuffer < + les framboises s'affichent lors du démarrage

• Pour activer le Framebuffer sur le système construit à partir d'un nouveau noyau et de Busybox, qu'avez-vous été amené à réaliser ?

  • TODO

RPI & Compilation Croisée

• Qu'est-ce qu'un compilateur croisé ? Comment vérifier pour quel système cible est produit un exécutable ?

  • Un compilateur croisé produit un code exécutable à destination d'une architecture différente de celle sur laquelle il effectue la compilation.
  • On vérifie le système cible d'un exécutable à l'aide de file <fichier>

• Comment afficher les paramètres « host » et « target » d’un compilateur ? Que désignent-ils et dans quel cas sont-ils différents ?

  • Pour afficher les paramètres host et target d'un compilateur, on utilise l'option -v
  • host désigne l'architecture de la machine sur laquelle on effectue la compilation du programme.
  • target désigne l'architecture de la machine sur laquelle on effectue l'exécution du programme.
  • Ces deux paramètres sont différents dans le cas d'un compilateur croisé.

• Qu'est-ce que les GPIO (acronyme, définition, usage) ? Contiennent-ils des entrées analogiques ? Quelle librairie permet de les manipuler ? Quel exécutable est proposé exploitant cette librairie ?

  • GPIO signifie General Purpose Input Output
  • Il s'agit des ports d'entrée et de sortie numériques pour RPI.
  • On peut les utiliser pour allumer des diodes sur un circuit électronique.
  • La librairie WiringPI permet de les manipuler.
  • L'exécutable blink est proposé : ce dernier permet de faire clignoter une diode pendant l'exécution du programme.

• Quel type de processeur équipe le Raspberry PI ? Le noyau utilisé par les OS précompilés fournis avec le RPI est-il compilé avec le support du framebuffer ? Comment le vérifier ?

  • Processeur ARM.
  • Le noyau fourni du RPI est compilé avec le support du framebuffer.
  • Pour le vérifier, on doit voir une image de framboise lors du démarrage du RPI.

Noyau Linux, Pilotes

• Vous êtes face à un ordinateur démarré sous Linux, sans interface graphique ni tournevis, comment savoir quelles sont les caractéristiques de sa carte réseau ? On peut utiliser l'une des commandes suivantes :

  • lsmod : liste les modules chargés dans le noyau.
  • dmesg : affiche les messages systèmes (branchement d'une clé USB, surchauffe du processeur etc.)
  • lspci : liste l'ensemble des périphériques PCI connectés à la carte mère.

• A quoi sert un noyau ? Expliquez le rôle du paramètre « rootdelay » du noyau Linux. Dans quel contexte fait-on appel à ce paramètre ?

  • Plusieurs réponses possibles :
    • Un noyau s'occupe de l'ordonnancement des processus, de l'accès à la mémoire et du dialogue avec les périphériques.
    • Un noyau sert à gérer les ressources matérielles et les tâches à exécuter.
  • Le rootdelay permet d'attendre avant de monter le système de fichiers. On l'utilise lors du boot sur une clé, pour que la machine puisse avoir le temps de la détecter.

• Qu’appelle-t-on module dans le cadre de la construction du noyau d’un système Linux ?

  • Un module est un pilote de périphérique que l'on peut charger dynamiquement dans le noyau même après le démarrage. Ce sont des fichiers d'extension .ko dans /lib

• Lors de l’utilisation de la commande make menuconfig , quel fichier est manipulé ?

  • Le fichier .config.

• Décrivez la procédure à adopter pour que la carte réseau de ce PC soit prise en charge par votre version de busybox sur Clé USB : 1) sans recompiler le noyau de la Ubuntu (deux cas sont à prévoir) 2) en recompilant un nouveau noyau sans prise en charge des modules chargeables.

  1. Ajouter le support des cartes réseau dans Busybox (pour le 2e cas, démerdez vous).
  2. Cocher le driver de la carte en question lors de la configuration du nouveau noyau.

• Quelle commande permet d'afficher la version du noyau installée sur votre système Linux ?

  • uname -r

• Une fois le noyau chargé et quelques messages de détection de périphériques obtenus, un message indiquant qu'il ne peut monter "root" apparaît et la machine bloque. Indiquez les causes possibles de dysfonctionnement, les solutions à apport et rappelez les paramètres du noyau Linux concernés (2 cas à citer).

  • TODO

• Que signifie le z final ou initial du nom généralement attribué au noyau Linux (vmlinuz, zImage, bzImage, ...)

  • Il indique que le noyau est compressé.

Busybox & systèmes embarqués

• Sur quelle mécanisme se fonde la distribution busybox ? Quel est son objectif ? Donnez un code d'exemple simple en C permettant de mettre en œuvre ce mécanisme.
  • Busybox se fonde sur le mécanisme de liens symboliques, couplé au passage d'arguments à un programme en C.
  • L'objectif est de réduire l'espace mémoire attribué aux commandes Unix et donc au système d'exploitation Linux.
  • On a donc un exécutable unique nommé busybox et de multiples liens symboliques nommés 'cat', 'cp', 'ls' ...
  • Exemple de programme en C :

int main(int argc, char ** argv) 
{
	printf("Programme : %s", argv[0]);
}

• Dans le cadre de l’utilisation d’un OS busybox sur RPI, lors du démarrage d'une machine, le noyau se charge mais un message apparaît, indiquant « no init found », ou « cannot execute init ». Proposez trois causes possibles pour ce problème et les manières de le résoudre.

• Lors du démarrage d'une machine, le noyau se charge mais un message apparaît, indiquant "no init found", ou "cannot execute init". Proposez des causes possibles pour ce problème.

  • (RPI) La description du système de fichiers est incorrect : modifier le fichier cmdline.txt de la 1ère partition (on doit avoir les paramètres root=mmcblk0p2 et rootfstype=ext4
  • Le système de fichiers est corrompu : on utilise la commande e2fsck sur le système de fichiers.
  • Absence ou modification du fichier init (donné par le lien symbolique /sbin/init en général) : rétablir le fichier ou réinstaller l'OS.

• Indiquez les étapes de configuration permettant de gérer les utilisateurs dans un système Busybox. A cette occasion, on vous propose d'activer la permission setuid sur l'exécutable busybox. Comment faire ? A quoi cela sert-il ?

  1. Lors de make menuconfig pour Busybox, ajouter les options correspondants aux commandes adduser, deluser, su, passwd.
  2. Ajouter la ligne tty1::respawn:/sbin/getty 38400 tty1 dans le fichier etc/inittab pour demander une authentification.
  3. Créer les fichiers /etc/passwd et /etc/group avec l'utilisateur et le groupe root.
  • chmod u+s busybox
  • La permission setuid permet à l'utilisateur appelant de bénéficier des droits de l'utilisateur propriétaire de l'exécutable au moment de son exécution.

Démarrage & Architecture de GNU/Linux

• Que contiennent /proc, /sys et /dev et à quoi cela sert-il ?

  • /proc : Pseudo-système de fichiers d'informations sur les processus
  • /sys : Contient les informations systèmes et ses composants
  • /dev : Contient les informations sur les périphériques (devices)

• Indiquez les répertoires standards que l'on trouve à la racine d'une arborescence Linux et leur utilité.

  • https://imgur.com/OqbRRDk
  • cf slide "File Hierarchy Standard" du cours

• Donnez le menu de grub permettant de booter sur une clé USB avec le noyau Ubuntu et son fichier initrd. A quoi sert ce fichier ? Quelles modifications faudra-t-il apporter pour booter un noyau recompilé par nos soins ?

  menuentry 'LPE noyau Ubuntu' {
        set root='hd0,msdos1'        
        linux /boot/vmlinuz root=/dev/sdb1 rootdelay=5
        initrd /boot/initrd.img
  }
  # Modifs à apporter pour booter un noyau recompilé
  menuentry 'LPE noyau recompilé' {
        set root='hd0,msdos1'        
        linux /boot/bzImage root=/dev/sdb1 rootdelay=5
  }

  • Le fichier grub.cfg définit le contenu du menu GRUB au démarrage.

• Qu’est-ce-que le MBR ? Où est-il situé sur un volume de stockage ? Quelle est sa taille en octets ? Que contient-il ? Quelles commandes permettent de le manipuler ?

  • Master boot record.
  • Situé sur premier secteur du disque dur.
  • Contient la table de partitions et fait 512 octets.
  • On peut le manipuler avec fdisk.

• Qu’est-ce qu’un fichier initrd ? A quoi cela sert-il ?

  • initrd (pour initial RAM disk) contient quelque binaires, un ensemble de modules vitaux, un interpréteur de script et un script de démarrage.
  • Ce dernier est alors chargé de trouver les bons modules pour la configuration matérielle courante, monter le vrai système de fichier, le définir comme nouvelle racine du kernel et exécuter le second script de démarrage qu'elle contient.

• Décrire la séquence de démarrage d’un ordinateur sous Linux jusqu’à l’affichage du prompt

  • 1ère étape : POST (Power On Self Test)
  • 2e étape : chargement du BIOS (Basic Input/Output System)
  • 3e étape : chargement du bootloader (ex: grub) situé dans le MBR
  • 4e étape : chargement du noyau
  • 5e étape : initrd pour le montage du système de fichiers temporaire.
  • 6e étape : démarrage du programme init et affichage du prompt.

• Indiquez plusieurs manières permettant d'optimiser la taille d'une distribution linux embarquée.

  • Utiliser Busybox pour les utilitaires GNU/Unix.
  • Compiler le noyau en dynamique.
  • Configurer le noyau de façon à avoir que les options nécessaires.