More than 5 years have passed since last update.

Rust でクロスコンパイルして Raspberry Pi Zero W で動かす

Last updated at 2018-08-02Posted at 2018-08-01

1 / 68

このスライドは Rust LT #2 〜いま使う！Rust〜で発表した内容です

自己紹介

某社でサーバサイド Rust 書いてる

いま使う！Rust

どこで使う？Rust

Rust は IoT と相性が良い

ネイティブバイナリなので省リソース
クロスコンパイル可能
言語機能がセキュア

最近の IoT 実行環境

コンテナでデプロイ (Azure IoTEdge)
Kubernetes で管理 (virtual-kubelet)
省リソースなコンテナ実行環境 (resion.io)

今回の話題

RaspberryPi で IoT
Rust でクロスコンパイル
コンテナで DevOps

1. クロスコンパイル入門

クロスコンパイルで考えること

ターゲットトリプル
クロスコンパイラ
標準 C ライブラリ
Rust の対応状況

1. ターゲットトリプル

ターゲットとは

ホスト: プログラムをコンパイルする環境
ターゲット: プログラムを実行する環境

トリプル(triplet)とは

コンパイルで必要なシステムを表す
{arch}-{vendor}-{sys}-{abi}
ABI は省略してトリプル

ターゲットトリプルの例

x86_64-pc-windows-msvc
x86_64-apple-darwin
x86_64-unknown-linux-gnu
(gcc と rust では一致しない場合もある)

2. クロスコンパイラ

クロスコンパイラとは

ターゲット向けのバイナリを作るコンパイラ、リンカ...etc
rustc はリンカに gcc を使っている
対応したリンカが必要

リンカの例

debian の cross-toolchain
armhf(ARMv6) 向け: raspberrypi/tools
コンパイル済みツールチェーン全部盛り: crosstool-ng
japaric/cross: docker + qemu (仮想マシン) を使った環境全部載せ

リンカ等の指定方法

build.rs を使ってコンパイラに渡す文字列を構築する
.cargo/config を使って特定のターゲット向けにコンパイラ設定を書く

build.rs

fn main() {
    println!("cargo:rustc-linker=arm-linux-gnueabihf-gcc");
    println!("cargo:rustc-flags=static=link-arg=-march=armv6");
}

.cargo/config

[target.arm-unknown-linux-gnueabihf]
linker = "arm-linux-gnueabihf-gcc"
rustflags = [
  "-C", "link-arg=-march=armv6",
]

3. 標準 C ライブラリ

標準 C ライブラリとは

システムコールを C 言語でラップしたもの
いわわゆる libc
POSIX: libc の API など OS が満たすべき仕様

glibc と musl

glibc: GNU が作った Linux(POSIX) 向けの libc
musl: 静的リンクされることにに特化した POSIX 互換 libc

4. Rust の対応状況

rust ツールチェーンの対応状況

ターゲット向けのコンパイル済み std crate はあるか
platform-support に一覧がある
rustup target add [target_triple] などでターゲットを指定できる

依存クレートの対応状況

libc だけでなく依存クレート毎の共有ライブラにも注意
SQLite, openssl, etc...

例: RaspberryPi Zero W の場合

ハードウェア

SoC: BCM2835(BCM2708)
CPU: ARM1176JZF-S
命令セット: ARMv6
メモリ: 512MB
Vector Floating Point: ハードウェア浮動小数演算)

OS とトリプル

OS: Raspbian Stretch Lite
- Raspbian はハードウェア浮動小数点演算(HF) に対応した debian
トリプル: arm-unknown-linux-gnueabihf
- gnueabihf: glibc + HF EABI

トリプルは arm-unknown-linux-gnueabihf (ARMv6 HF)
リンカは raspberrypi/tools
標準 C ライブラリは raspbian の glibc でよさそう
sqlite とか使う場合は debian のマルチアーキテクチャでを使ってクロスコンパイル用の依存ライブラリを raspbian のリポジトリとかから用意する

依存ライブラリをもってくる

echo "deb [arch=armhf] http://archive.raspbian.org/raspbian jessie main contrib non-free"
  | tee -a /etc/apt/sources.list
wget https://archive.raspbian.org/raspbian.public.key -O - | apt-key add -
dpkg --add-architecture armhf
apt-get update
apt-get install libsqlite3-dev:armhf

`arm-unknown-linux-gnueabihf` って？

arm-unknown-linux-gnueabihf: ARMv6+VFP (Pi,PiZ)
armv7-unknown-linux-gnueabihf: ARMv7+NEON (Pi2,Pi3)
ARNv7 は ARMv6 互換

`armhf` って?

arm-unknown-linux-gnueabihf または armv7-unknown-linux-gnueabihf の debian 上での呼称
debian の armhf は ARMv7向け
raspbian の armhf は ARMv6 向け

2. Dockernize

Docker + Raspberry Pi

Raspberry Pi でも Docker が動くようになった
ARM 向け Docker イメージをコンテナのベースに使う必要あり

インストール方法

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/debian/gpg | sudo apt-key add -
echo "deb [arch=armhf] https://download.docker.com/linux/debian \
     $(lsb_release -cs) stable" | \
    sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce
sudo docker run armhf/hello-world

ARM 向け Docker リポジトリとイメージ

理想の Docker イメージ

デプロイ時間の短縮のためにコンテナは薄く軽くしたい
Image がでかいとダウンロード時間かかる
非力な CPU だと解凍時間も長くなる

イメージサイズ

`arm32v6/alpine:latest`

軽い (2MB)
そのままでは glibc がないので使うなら musl か glibc のインストールが必要

`arm32v7/debian:stretch-slim`

比較的軽い (19MB)
ARMv6 ダメ

`resin/rpi-raspbian:stretch`

やや重い (53MB)
ARMv6 + HF が使える

例: RaspberryPi Zero W の場合

ARMv6 なので arm32v6/alpine か resin/rpi-raspbian
共有ライブラリ使わないなら musl を静的リンクして alpine
使うならとりあえず raspbian で始めて徐々に alpine

3. RaspberryPi Zero W で動かす

おひとりさまミニブログ

ツイ禁のために自作
衝動買いした RaspberryPi Zero W を使う
Tor Onion Service + IoT でセキュアでグローバルIP＆ドメインいらずの自宅サーバ
~~自宅サーバは IoT か？~~

DevOps とか

actix-web + askama + diesel (sqlite)
開発マシン(ubuntu) 上の debian コンテナでクロスビルド
rpi-raspbian でパッケージして Docker Hub に push
PiZ の Raspbian 上の docker で pull して実行

クロスコンパイルテクニック

docker multistage-build を使う
SQLite を静的リンクする
.cargo/config で linker を指定する
readelf でターゲットを確認する

1. docker multistage-build

Dockerfile

FROM debian:jessie as builder
WORKDIR /source
ADD . /source
RUN cargo build --target=arm-unknown-linux-gnueabihf -p server --release

FROM resin/rpi-raspbian
COPY --from=builder /source/target/arm-unknown-linux-gnueabihf/release/server /opt/server
CMD ["/opt/server"]

ひとつの Dockerfile だけでビルドして成果物の別のコンテナに入れる機能
debian でビルドしたバイナリを alpine に入れてパッケージ化とかできる
GoogleContainerTools/skaffold 使うとデプロイまで自動化できる

今回は debian でビルドして raspbian でパッケージ化
alpine 使いたかったが libsqlite3 も含めて musl にするのは面倒
まずはとりあえず raspbian

2. SQLite を静的リンクする

静的リンクする動機

開発マシンでは rpi-raspbian ステージの apt は動かない(armhf なので)
multi-stage build でクロスコンパイルする場合特有の問題
なるべく debian 側でリンクしてしまいたい

raspbian の libsqlite3-dev:armhf を静的リンクする
deisel を使う側の Cargo.toml で libsqlite3-sys クレートの bundled feature を使う

libsqlite3-sys の bundled を使う

Cargo.toml

[dependencies]
diesel = { version = "1.3", features = ["sqlite"] }
libsqlite3-sys = { version = "0.9", features = ["bundled"] }

3. `.cargo/config` でリンカを指定する

raspberrypi/tools の arm-linux-gnueabihf-gcc にパスを通しておく
/usr/lib/arm-linux-gnueabihf に libsqlite3 があるので linker にパスを渡しておく

リンカオプションてんこもり

Cargo.toml

[target.arm-unknown-linux-gnueabihf]
linker = "arm-linux-gnueabihf-gcc"
rustflags = [
  "-C", "link-arg=-march=armv6",
  "-C", "link-arg=-mfpu=vfp",
  "-C", "link-arg=-mfloat-abi=hard",
  "-C", "link-arg=-L/opt/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64/arm-linux-gnueabihf/libc/usr/lib/arm-linux-gnueabihf/",\n\
  "-Z", "print-link-args",
]

4. `readelf` で細かくバイナリを確認する

怪奇現象

ARMv6 向け設定でビルドしたのに結果は ARMv7 になる現象

$ readelf --arch-specific ./target/arm-unknown-linux-gnueabihf/debug/server
Attribute Section: aeabi
File Attributes
  Tag_CPU_name: "7-A"
  Tag_CPU_arch: v7
...

期待する結果 (ARMv6) だとこう表示されるはず

$ readelf --arch-specific ./target/arm-unknown-linux-gnueabihf/debug/server
Attribute Section: aeabi
File Attributes
  Tag_CPU_name: "6"
  Tag_CPU_arch: v6
...

原因を探る

Tag_CPU_arch: v6 になるまでソースコードをコメントアウトする
Tag_CPU_arch: v7 の原因となるライブラリの Cargo.toml の features を調べる

原因の特定

actix-web のコードをコメントアウトすると Tag_CPU_arch: v6 に戻ることが判明
actix-web が依存していた cookie-rs の secure featrue が ring crate に依存していたのが原因だと分かる
ring crate が c コンパイラに依存していたのが原因

感想

クロスコンパイルは難しい
alpine linux は不便なのでそのうち廃れそう
ビルド＆パッケージ化を Dockerfile で管理できて便利

クロスコンパイルは難しい

Linux の基礎知識が必要
オススメの情報源

おわり

You get articles that match your needs
You can efficiently read back useful information
You can use dark theme

What you can do with signing up

Rust でクロスコンパイルして Raspberry Pi Zero W で動かす

自己紹介

いま使う！Rust

どこで使う？Rust

Rust は IoT と相性が良い

最近の IoT 実行環境

今回の話題

もくじ

1. クロスコンパイル入門

クロスコンパイルで考えること

1. ターゲットトリプル

ターゲットとは

トリプル(triplet)とは

ターゲットトリプルの例

2. クロスコンパイラ

クロスコンパイラとは

リンカの例

リンカ等の指定方法

3. 標準 C ライブラリ

標準 C ライブラリとは

glibc と musl

4. Rust の対応状況

rust ツールチェーンの対応状況

依存クレートの対応状況

例: RaspberryPi Zero W の場合

ハードウェア

OS とトリプル

依存ライブラリをもってくる

arm-unknown-linux-gnueabihf って？

armhf って?

2. Dockernize

Docker + Raspberry Pi

インストール方法

ARM 向け Docker リポジトリとイメージ

理想の Docker イメージ

イメージサイズ

arm32v6/alpine:latest

arm32v7/debian:stretch-slim

resin/rpi-raspbian:stretch

例: RaspberryPi Zero W の場合

3. RaspberryPi Zero W で動かす

おひとりさまミニブログ

DevOps とか

クロスコンパイルテクニック

1. docker multistage-build

2. SQLite を静的リンクする

静的リンクする動機

libsqlite3-sys の bundled を使う

3. .cargo/config でリンカを指定する

リンカオプションてんこもり

4. readelf で細かくバイナリを確認する

怪奇現象

原因を探る

原因の特定

感想

感想

クロスコンパイルは難しい

おわり

`arm-unknown-linux-gnueabihf` って？

`armhf` って?

`arm32v6/alpine:latest`

`arm32v7/debian:stretch-slim`

`resin/rpi-raspbian:stretch`

3. `.cargo/config` でリンカを指定する

4. `readelf` で細かくバイナリを確認する