Ruby и встраиваемые системы
Казалось бы, какое отношение «хипстерские скрипты для веб» могут иметь к жестким реалиям embedded‑разработки и встариваемых систем, со всей их низкоуровневой работой и ограниченными ресурсами? Увы, но реальность в очередной раз оказалась куда интересней предубеждений, так и появилась на свет эта статья.
Что это и зачем
Начну как обычно с цитаты:
mruby is the lightweight implementation of the Ruby language complying with part of the ISO standard. mruby can be linked and embedded within your application.
Словом, это такая особенная реализация языка Ruby, с упором на встраивание и встраиваемые системы — да да, тот самый «кровавый embedded», где царствует чистый C, ссылочная арифметика, malloc()
и прочие кошмары и ужасы для современного разработчика.
И вдруг в этом царстве Аида появляетесь вы весь в белом и пишете что-то такое, высокоуровневое:
extend Yeah::DSL
set port: 3000
get '/hi/{name}' do |name|
"Привет #{name}"
end
ENV['SHELF_ENV'] = 'production'
puts "Запуск.."
__main__ [0]
И. оно просто работает:
Запуск собранного бинарника. Обратите внимание на текст на русском.
И даже вот так:
Ответ сервера в браузере. Обратите внимание на текст на русском.
Круто?
Сколько там пудов соли нужно скушать, чтобы так просто работать с юникодом из Си, тем более в embedded среде?
Кстати вся эта «радость хипстера» еще и собирается в очень небольшойбинарник:
2 Мегабайта на все про все
Внутри будет «все и сразу»:
MRuby, все используемые библиотеки и само приложение.
Хотя на ЛОРе заметили, что »640 кб хватит на всех» это как‑то многовато будет, все же напомню что мы живем в мире копеечных 128Гб флешек и битва за каждый байт свободного места уже не так актуальна как 10 лет назад.
Вполне допускаю, что подобное приложение показывает веб‑интерфейс в вашем домашнем роутере, показывает меню в телевизоре или крутит рекламу в автобусе — словом находит применение в большинстве мест, где используются встраиваемые системы.
Поддерживаемые платформы
К сожалению не удалось найти одним списком все поддерживаемые MRuby платформы, поэтому ограничусь только конкретными найденными примерами.
Из самого интересного:
разработка для Sega Dreamcast и Nintendo Wii, для POS-терминалов, встраивание в iOS приложения.
Ну и собственно встариваемые системы:
ESP32, шаблон проекта находится вот тут.
RP2040 (Raspberry Pi), пример проекта находится тут.
PIC32, пример вот тут.
Тестовый проект
Поскольку «малинки» в очередной раз под рукой не оказалось, было решено реализовать тестовый проект на банальном x86 — была собрана вся цепочка разработки, включая фреймворки, был реализован «Hello world» в виде веб‑приложения, работающего на встроенном веб‑сервере.
Все манипуляции производились на неподдерживаемой никем и нигде FreeBSD, так что скорее всего описанных ниже проблем со сборкой в более обычном Linux не будет.
Для тестового проекта использовалось вот это «чудо»:
Yeah! is a DSL for quickly creating shelf applications in mruby with minimal effort
Если кратко, то это своеобразная попытка реализовать «мини‑Rails, работающий на мини‑Ruby». Вполне себе успешная, надо отметить.
А теперь самое важное:
Фреймворки для
mruby
представляют собой надстройку, которая в процессе собирает самmruby
и добавляет себя в собираемые бинарники.
Звучит сложно и выглядит страшно, но для embedded-среды является привычным делом.
Так что нам будет нужно получить бинарники mruby
и mrbc
с упакованным внутрь фреймворком yeah
и всеми библиотеками, а затем использовать этот билд для сборки уже своего приложения.
Для сборки фреймворка Yeah! требуется внешний «большой» Ruby и
rake
, будут работать как 2.x так и 3.x версии.
Клонируем проект с фреймворком Yeah!:
git clone https://github.com/katzer/mruby-yeah.git
Поскольку по‑умолчанию собирается только компилятор mirbc
, без интерактивной консоли (mirb) и интерпретатора (mruby), чего не хватит для нормальной разработки конечного приложения, добавляем в файл build_config.rb
:
conf.gem :core => 'mruby-bin-mruby'
conf.gem :core => 'mruby-bin-mirb'
conf.gem :core => 'mruby-bin-mrbc'
И запускаем сборку:
rake compile
Эта команда автоматически скачает зависимые репозитории, в том числе нужную ветку самого mruby
. На данной стадии у автора появлялись две ошибки.
Первая — про заголовочный файл mingw.h
:
In file included from /opt/work/tmp/mruby-yeah/mruby/build/repos/host/mruby-r3/r3/src/memory.c:34:
/opt/work/tmp/mruby-yeah/mruby/build/repos/host/mruby-r3/r3/src/mman.h:15:10: fatal error: _mingw.h: No such file or directory
15 | #include <_mingw.h>
| ^~~~~~~~~~
compilation terminated.
rake aborted!
В файле mman.h
есть вот такая строка:
/* All the headers include this file. */
#ifndef _MSC_VER
#include <_mingw.h>
#endif
Переменная _MSC_VER
не задается при сборке на FreeBSD, поэтому срабатывает вариант по‑умолчанию — для Windows и MinGW. В качестве исправления, я просто закомментировал этот блок, не заморачивась дальнейшими изысканиями.
Вторая ошибка также достаточно банальна и происходит из-за разницы в реализации функции mmap
:
/opt/work/tmp/mruby-yeah/mruby/build/repos/host/mruby-r3/r3/src/mman.h:52:9: error: conflicting types for 'mmap'; have 'void *(void *, size_t, int, int, int, OffsetType)' {aka 'void *(void *, long unsigned int, int, int, int, unsigned int)'}
52 | void* mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fildes, OffsetType off);
| ^~~~
In file included from /opt/work/tmp/mruby-yeah/mruby/build/repos/host/mruby-r3/r3/src/memory.c:27:
/usr/include/stdio.h:444:10: note: previous declaration of 'mmap' with type 'void *(void *, size_t, int, int, int, __off_t)' {aka 'void *(void *, long unsigned int, int, int, int, long int)'}
444 | void *mmap(void *, size_t, int, int, int, __off_t);
| ^~~~
rake aborted!
В этом же файле mman.h
заменяем:
void* mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fildes, OffsetType off);
на:
void* mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fildes, __off_t);
И повторно запускаем сборку.
Если сборка прошла успешно то в папке build/host/bin
будут готовые бинарники:
ls ./mruby/build/host/bin/
mirb mrbc mruby
Теперь с их помощью запускаем сборку уже нашего тестового приложения:
/opt/work/mruby-yeah/mruby/build/host/bin/mrbc -Btest_symbol ~/test.rb
Это сгенерирует файл test.c с вот таким контентом:
#include
#ifdef __cplusplus
extern
#endif
const uint8_t test_symbol[] = {
0x52,0x49,0x54,0x45,0x30,0x33,0x30,0x30,0x00,0x00,0x01,0x3e,0x4d,0x41,0x54,0x5a,
0x30,0x30,0x30,0x30,0x49,0x52,0x45,0x50,0x00,0x00,0x01,0x0c,0x30,0x33,0x30,0x30,
0x00,0x00,0x00,0xcd,0x00,0x01,0x00,0x05,0x00,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3d,
0x1d,0x02,0x01,0x1f,0x02,0x00,0x2d,0x01,0x02,0x01,0x10,0x02,0x03,0x0e,0x03,0x0b,
0xb8,0x2d,0x01,0x04,0x10,0x51,0x02,0x00,0x57,0x03,0x00,0x2e,0x01,0x05,0x01,0x1d,
0x01,0x06,0x51,0x02,0x01,0x51,0x03,0x02,0x24,0x01,0x51,0x02,0x03,0x2d,0x01,0x07,
0x01,0x06,0x02,0x47,0x02,0x01,0x2d,0x01,0x08,0x01,0x38,0x01,0x69,0x00,0x04,0x00,
0x00,0x0a,0x2f,0x68,0x69,0x2f,0x7b,0x6e,0x61,0x6d,0x65,0x7d,0x00,0x00,0x00,0x09,
0x53,0x48,0x45,0x4c,0x46,0x5f,0x45,0x4e,0x56,0x00,0x00,0x00,0x0a,0x70,0x72,0x6f,
0x64,0x75,0x63,0x74,0x69,0x6f,0x6e,0x00,0x00,0x00,0x0e,0xd0,0x97,0xd0,0xb0,0xd0,
0xbf,0xd1,0x83,0xd1,0x81,0xd0,0xba,0x2e,0x2e,0x00,0x00,0x09,0x00,0x03,0x44,0x53,
0x4c,0x00,0x00,0x04,0x59,0x65,0x61,0x68,0x00,0x00,0x06,0x65,0x78,0x74,0x65,0x6e,
0x64,0x00,0x00,0x04,0x70,0x6f,0x72,0x74,0x00,0x00,0x03,0x73,0x65,0x74,0x00,0x00,
0x03,0x67,0x65,0x74,0x00,0x00,0x03,0x45,0x4e,0x56,0x00,0x00,0x04,0x70,0x75,0x74,
0x73,0x00,0x00,0x08,0x5f,0x5f,0x6d,0x61,0x69,0x6e,0x5f,0x5f,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x33,0x00,0x03,0x00,0x05,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0e,0x34,0x04,0x00,
0x00,0x51,0x03,0x00,0x01,0x04,0x01,0x52,0x03,0x38,0x03,0x00,0x01,0x00,0x00,0x0d,
0xd0,0x9f,0xd1,0x80,0xd0,0xb8,0xd0,0xb2,0xd0,0xb5,0xd1,0x82,0x20,0x00,0x00,0x00,
0x4c,0x56,0x41,0x52,0x00,0x00,0x00,0x16,0x00,0x00,0x00,0x01,0x00,0x04,0x6e,0x61,
0x6d,0x65,0x00,0x00,0xff,0xff,0x45,0x4e,0x44,0x00,0x00,0x00,0x00,0x08,
};
Это ни что иное как готовый байткод mruby, записанный в виде статичного массива байт.
Параметр -Btest_symbol как нетрудно догадаться отвечает за название этого массива.
А вот так выглядит само приложение для запуска (файл test_stub.c
):
#include
#include
#include
int
main(void)
{
mrb_state *mrb = mrb_open();
if (!mrb) { /* handle error */ }
mrb_load_irep(mrb, test_symbol);
mrb_close(mrb);
return 0;
}
Все что тут происходит это просто выдача байткода интерпретатору mruby
при запуске обертки. Обратите внимание на строчку:
#include
Это и есть включение файла с байткодом mruby
.
Ну и наконец сборка конечного тестового приложения:
gcc -std=c99 -static -Os -s -I/opt/work/mruby-yeah/mruby/include -I. test_stub.c -o test_program /opt/work/mruby-yeah/mruby/build/host/lib/libmruby.a -lm -lpthread
Если все пройдет успешно, в текущей папке появится финальный бинарник test_program
, который я запускал в самом начале.
Эпилог
Эта статья началась с поста на ЛОРе про «бинарь на руби» с смешным размером меньше мегабайта и кросс‑компиляцией под встраиваемые системы. Я впечатился и начал копать, так и родилась эта статья.
Думаю изложенного материала хватит для того чтобы те из читателей, кто занимается встраиваемыми системами попробовали MRuby для своих задач, благо автору данная штука видится крайне перспективной.
Также как и правительству Японии, которая этот проект финансирует.
Просто потому что убирает целый класс проблем, связанных с разработкой прикладных систем на чистом Си — управление памятью, юникод, строки и так далее.
С нетерпением жду отзывов о реальном использовании.
P.S.
Это немного отцезурированная версия статьи, оригинал которой доступен в нашем блоге.
0×08 Software
Мы небольшая команда ветеранов ИТ‑индустрии, создаем и дорабатываем самое разнообразное программное обеспечение, наш софт автоматизирует бизнес‑процессы на трех континентах, в самых разных отраслях и условиях.
Оживляем давно умершее, чиним никогда не работавшее и создаем невозможное — затем рассказываем об этом в своих статьях.