[3주차] 임베디드 OS, Yocto Project 구성 및 컨셉

먼저 이번 오픈소스 컨트리뷰션의 주제인 Yocto에 대해 간략히 말하자면 임베디드 리눅스를 만들때 사용하는 빌드 프레임워크이다. 그렇다면 임베디드 리눅스가 무엇인지, 어디에 사용되는지, 이걸 만들 때 왜 Yocto를 사용하는지 하나씩 알아보자!

 

 

1. 임베디드 OS

냉장고, 세탁기, 스마트폰, 자동차 등 특정 목적만을 위해 HW와 SW가 조합되어 동작하는 컴퓨팅 시스템을 임베디드 시스템이라하고, 이러한 임베디드 시스템 내 다기능 수행을 위해 추가적으로 탑재되는 소형 운영체제를 임베디드 운영체제라한다. 

 

임베디드 OS는 HW, 커널/드라이버, 미들웨어, 애플리케이션으로 구성되어있다.

조금 더 상세히 보자면 HW에 전원이 들어오면 시작되는 부트로더, 커널, User space(application, middleware)로 나눌 수 있다. 범용적인 커널과 User space에 관련된 내용은 아래 사이트와 노션에서 확인할 수 있다.

한줄로 요약하자면 응용 프로그램이 동작하는 사용자 모드, 하드웨어를 제어하는 CPU 명령어를 사용하는 커널모드 두 가지 모드로 프로그램을 실행한다. 

http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?nav=2&no=6402&sh=%EC%BB%A4%EB%84%90

사용자 모드

 

https://www.notion.so/2-System-Structure-Program-Execution-1e3b647f42a480118764d87f3dc3895e

2. System Structure & Program Execution | Notion

 

임베디드 OS 중 하나인 임베디드 Linux는 특정 목적을 위해서 만들어진 Linux로 최소한의 리소스 사용하고 특정 HW에서 작동하며 일부Realtime Support 라는 특징을 가진다. 또한 가전, 모바일, 자동차, IoT, 산업 디바이스 등 다양한 case에서 사용된다.

 

그렇다면 왜 Yocto가 필요할까?

임베디드 리눅스를 만들기 위해서는 수많은 수많은 패키지(컴포넌트)를 컴파일해서 최종 이미지에 탑재해야한다. 이 과정에서 수백 개의 패키지를 수동으로 컴파일, 패키지 B,C를 기반으로 A를 빌드해야하는 패키지 간 복잡한 종속성 관리 , cross-complier(HW 타겟에 맞는 컴파일러)를 만들고 최적화하기 위한 configuration 설정해야하는 cross-complie 환경 설정의 어려움, 하드웨어별 최적화 및 구성 등 여러 어려움이 존재한다. 이때 Yocto를 사용하면 복잡한 과정을 자동화하고 관리할 수 있다. 

 

2. Yocto Project

Yocto 프로젝트는 개발자가 제품의 하드웨어 아키텍처와 관계없이 임베디드 제품용으로 설계된 맞춤형 Linux 기반 시스템을 개발할 수 있도록 지원하는 오픈 소스 협업 프로젝트 및 빌드 시스템으로 다음과 같은 장점들이 있다. 

• customization을 도움
• 아키텍처 재사용 쉬움(Layer구조)
• 강한 커뮤니케이션

Yocto는 poky라는 레퍼런스 프로젝트를 가지고 poky는 OpenEmbedded라는 오픈소스 빌드 엔진, 메타데이터를 가진다.

빌드엔진과 메타데이터는 Yocto의 동작 방식을 보며 알아보자.

 

Yocto Project 작동 방식

Yocto는 make / make file 와 유사한 방식으로 동작한다. 빌드하는 도구(엔진)를 BitBake(make), 빌드 방식에 대한 정의 Metadata(make file)라한다. Metadata에 정의된 순서대로 BitBake를 통해 빌드한다고 알아두면 될 것 같다!

• 파일 별로 빌드 방식, 오픈소스 위치(소스 주소), 라이센스, 컴파일 방식, 빌드 산출물 패키지화 등과 관련된 정보들을 정리
• bitBake가 의존성 등을 확인하여 자동으로 이미지 생성

이러한 메타데이터를  레시피라 하고 .bb확장자를 가진다. 

구성은 이렇게 되어있다.

Bitbake는 코어 빌드 엔진으로 Task Executor라고도 한다. 레시피 및 메타데이터(.bb 파일) 파싱하며 패키지 종속성을 해결한다. 또한 소스 코드를 자동으로 오고(src_urI) 소프트웨어 구성, 컴파일 및 패키지, 전체 빌드 프로세스를 자동화한다. 

 

 

 

워크플로는 7단계로 이루어진다.

1. Fetch – 소스 코드 가져오기
2. Extract - 소스 압축 해제
3. Patch - 버그 수정 및 새로운 기능에 대한 패치를 적용합니다.
4. Configure – 환경 사양 설정
5. Build - 컴파일 및 링크
6. Install – 대상 디렉토리에 파일 복사
7. Package - 설치를 위한 번들 파일

이때 fetch 과정에서 코드를 찾기 못할 수도 있고, extract 과정에서 잘못된 zip파일이나 유사한 파일이 있을 가능성이 높다. 즉 워크플로우의 특정 부분의 기능을 통해 무엇이 잘못되었는지 확인할 수 있다.

 

또한 Yocto는 layer구조로 이루어져있다. 앞서 말한 아키텍처 재사용이 쉬운 이유이다. layer는 비슷한 기능을 하는 metadata의 집합체로폴더명이 meta로 시작된다. 레이어를 사용하면 관련 메타데이터를 통합하여 빌드를 사용자 지정할 수 있고 여러 아키텍처를 위한 빌드에 사용되는 정보를 분리한다. 

 

 

 

 

오픈소스 컨트리뷰션에 참여하기 전에는 임베디드에 관련된 지식이 거의 0에 수렴했지만 멘토링을 통해 좋은 자료를 공유받을 수 있었다. 아직 부족하지만 Yocto라는 빌드 프레임워크를 공부하면서 임베디드와 OS관련 지식도 함께 공부하고자한다.

 

참고자료

https://docs.yoctoproject.org/2.3/bitbake-user-manual/bitbake-user-manual.html#configuration-files

BitBake User Manual

https://docs.yoctoproject.org/singleindex.html

The Yocto Project ® 5.2.999 documentation

https://docs.yoctoproject.org/overview-manual/yp-intro.html#what-is-the-yocto-project

2 Introducing the Yocto Project — The Yocto Project ® 5.2.999 documentation

https://docs.yoctoproject.org/overview-manual/yp-intro.html#the-yocto-project-layer-model

2 Introducing the Yocto Project — The Yocto Project ® 5.2.999 documentation