SH-Linux Kernel Switcher (v1.2)

はじめに †

本ソフトウェアはKernelの切り替えを動的に行うプログラムです。

最近、2.6カーネルが動き出したり、SH-Linuxのホームページにおいて、
SH版 Fedora Core 2 互換パッケージ等が公開されてたりして、
SH-Linux周辺に新たな動きがあります。

それらを見て、私もカーネルを変更したくなりまして。。。
しかし、LANDISKの箱を開けたくなかったのと、システムを壊してしまうのが嫌だったので、
本プログラムの作成を思い立った次第です。

なお、本ソフトウェアは、mipsマシンに実装されているakmemや
2.6カーネルで実装されるといわれるkexec等の思想をそっくりそのまま頂きました。

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ソフトウェアの構成と動作概略 †

概略
本ソフトウェアは次の２つのパーツから構成されています。
kernelsw.pl ・・・　フロントエンドスクリプト
kernelsw.o　・・・　デバイスドライバモジュール

kernelsw.plは、kernelsw.oへ、Kernel起動パラメータとKernelイメージの転送を行うPerlスクリプトです。
kernelsw.oは上記スクリプトから送られてくるパラメータとイメージをLinux起動時の初期領域へ転送し、
再配置して、新Kernelの起動を行うプログラムです。

kerneksw.o(ver1.2)の状態遷移図

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使用方法 †

デバイスファイル/dev/kernelsw(c,52,0)の作成
本デバイスドライバモジュールはキャラクタ型デバイスとして実装されており、
/dev/kernelsw(c,52,0)を経由して情報のやりとりを行います。

次のコマンドで/dev/kernelsw(c,52,0)の作成を行います。
```
# mount -o rw,remount /       # RWでリマウント
# mknod /dev/kernelsw c 52 0  # デバイスファイルの作成
# chmod 600 /dev/kernelsw
# mount -o ro,remount /       # Read-onlyに戻す
```

起動するカーネルイメージなどの設定
kernelsw.plはperlスクリプトです。
スクリプトの9〜12行目に必要なパラメータをセットします。

$image: 圧縮されたカーネルイメージを指定します。
$root: rootファイルシステムを指定します。
$readonly: rootファイルシステムを書き込み不可でマウントする時は1を設定します。
$append: カーネルに渡すパラメータを指定します。
@stop_command: 新カーネルへスイッチする直前に実行させたいコマンド群を列挙します。（手抜き）

以下はLANDISKのオリジナルカーネルの設定です。

########################################
$image    ="/boot/zImage";
$root     ="/dev/hda1";
$readonly = 1;
$append   ="mem=64M console=ttySC1,9600";

以下は、deamon類を停止するコマンド群です。

@stop_command=(
'/mnt/hda3/debian_stop >& /dev/null',
'/etc/rc.d/init.d/S99shutdown stop >& /dev/null',
'/etc/rc.d/init.d/S99reset_daemon stop >& /dev/null',
'/etc/rc.d/init.d/S98UPnPResponder stop >& /dev/null',
'/etc/rc.d/init.d/S95httpd stop >& /dev/null',
'/etc/rc.d/init.d/S92netatalk stop >& /dev/null',
'/etc/rc.d/init.d/S91samba stop >& /dev/null',
'/etc/rc.d/init.d/S60lpd stop >& /dev/null',
'/etc/rc.d/init.d/S40cron stop >& /dev/null',
'/bin/umount -r /dev/hda3 >& /dev/null',
#'/etc/rc.d/init.d/S20network stop >& /dev/null',
#'/etc/rc.d/init.d/S15inet stop >& /dev/null',
);
#########################################

新カーネルの起動（ソフトウェアの実行）
本プログラムを実行すると実行中の旧カーネルは破壊されます。
その状態を例えると、プログラム実行中に、電源が突然落ちたに等しい状態になります。汗

従って、プログラムを実行する前に、実行中のプロセスを可能な限り停止させてください。
さらに、ファイルシステムを可能な限りアンマウント、もしくは、リードオンリーでリマウントしてください。
（この辺も自動化したかったのですが、やり方がわからなかった。詳しい人、教えてください。）

まず、本ソフトウェアを実行する前に、新カーネルとルートファイルシステムを準備します。
次に、kernelsw.plへカーネルの指定や起動パラメータの設定を行います。
最後に、kernelsw.oとkernelsw.plが置かれた場所で、以下のコマンドを実行すると、
新カーネルへのスイッチ動作が開始されます。
```
# ./kernelsw.pl
=========================================
     SH-Linux Kernel Switcher V1.2
-----------------------------------------
image  = /boot/zImage (size:978185)
root   = /dev/hda1 (read only)
append = "mem=64M console=ttySC1,9600"
=========================================
Loading .... 
```
5秒くらいたつとLANDISKのLEDが全て消えます。これはカーネルの転送が終了したことを示しています。
その後、赤いLEDが点灯します。この間、本プログラムは、カーネルの再配置を行っています。
再配置が完了すると、赤と緑の両方のLEDが点灯して、新カーネルへ制御が移ります。

ここからは、本プログラムの動作を離れ、カーネル自身のコードで動作します。
カーネルは、通常圧縮された状態にあるので、自らその圧縮をとき、ブートシーケンスを開始します。
カーネルは初期化後、ルートファイルシステムをマウントして、initプログラムを起動します。
そして、そのinitから、芋ズル式に各プログラムが起動され、最終的にtelnet等からアクセスできるようになります。
制限事項
- カーネルサイズの上限は、2MB(2,097,152バイト)です。
- SH4アーキテクチャのみ対応しています。(LANDISKアーキテクチャと言うべきかも)

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参考文献 †

LinuxSH
SH-IPL Sequence,LILO Sequence,LinuxSH Kernel Boot Sequence等、
SH-Linuxの起動のシーケンスが非常に参考になりました。

SH Linux TIPS
デバイスドライバの書き方を参考にさせて頂きました。

LANDISK - mizore Wiki
唯一のデバッグ手段がLEDでしたので、その解析ネタが非常に参考になりました。

プロジェクトiohack
LANDISKのKernelを含むソースコード一式いただきました。

SH4のプログラミングマニュアル

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人柱になっても良いという方へ †

非常に危険なプログラムですが、使ってみたいという方はどうぞ！
次の場所へソースを含め、一式置いておきます。
http://eggplant.ddo.jp/www/download/SH-Linux_Kernel_Switcher/

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今後の方針 †

「プログラム実行中に、電源が突然落ちたに等しい状態になります。」
の問題を解決したいと考えています。

シャットダウンの最終フェーズでは、必ず/sbin/rebootか/sbin/haltが呼ばれるらしいので、
該コマンドが実行される時、メモリ上に新カーネルが格納されているならばkernelswを発動させ、
そうでないなら従来のコマンドを実行するような仕組みをrebootやhaltに実装したいと考えています。

問題は、メモリ内に確保してあるカーネルイメージが、デバイスをクローズすることで、
スワップアウトされる可能性があるため、一筋縄ではいきそうにない点です。

この辺のメカニズムについて、詳しい方がいらっしゃいましたら、助言していだだければ幸いです。

追記：自己解決
デバイスをcloseするとき自分でメモリを開放していました。汗
Ver2.0で本問題を解決しました。

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