Linux: Kernel-Hacker wollen Yaml zur Hardware-Beschreibung nutzen

Device Tree Sources (DTS) werden im Linux-Kernel zum Beschreiben von Hardware genutzt und sollen sich künftig auch im Yaml-Format definieren lassen. Das bringe einige Vorteile, sagen Kernel-Entwickler.

Artikel veröffentlicht am 30. Oktober 2017, 14:00 Uhr, Kristian Kißling/Linux Magazin

Damit Linux auf den meisten ARM-Rechnern bootet, braucht es Device Trees. (Bild: flickr.com, osde8info/CC-BY 2.0)

Das Konzept Device Trees wird im Linux-Kernel genutzt, um Hardware zu beschreiben, die andernfalls nicht entdeckt würde. Die Informationen zu dieser Hardware landen dann in einer Baumstruktur. Wichtig ist das zum Beispiel für ARM-Boards. Auf dem Kernel Summit in Prag stellte nun die amerikanische Consulting-Gruppe Konsulko ihren Vorschlag zur Diskussion, das Format für diese Device Trees auf Yaml zu ändern. Das sei eine radikale Änderung, die sich aber aufgrund einige Vorteile durchaus lohnen könne.

Status Quo ist kompliziert

Der Umgang mit Device Trees folgt auf Linux-Systemen üblicherweise einem festen Schema. Aus den sogenannten Device Tree Source Files generiert ein Compiler dynamisch einen In-Memory Tree. Diese Baumstruktur im Speicher wird dann serialisiert ("flatten"), um ein Device Tree Blob zu erzeugen (DTB). Diese Datei landet auf dem entsprechenden Gerät selbst. Zugleich erfährt der Bootloader, wo er es findet, etwa auf einem Dateisystem oder im nichtflüchtigen Speicher.

Der Bootloader holt das DTB und reicht es entweder unverändert an das Betriebssystem weiter oder nimmt davor kleine Änderungen vor. Er modifiziert etwa die Boot-Kommandozeile. Das Betriebssystem deserialisiert das Binärobjekt wieder und verwendet dafür ein für diesen Zweck geschaffenes Interface. Es erzeugt einen weiteren In-Memory Tree, unter Umständen mit den Änderungen des Bootloaders.

Der gestartete Kernel nutzt diese Baumstruktur, die dann auch als "live-tree" bezeichnet wird. Das Betriebssystem scannt die Struktur, initialisiert und konfiguriert das zugehörige Gerät. Dazu muss es alle Nodes und Eigenschaften des aktiven Nodes kennen, weil die Zugriffsmethoden diese Informationen brauchen. Das ist aber ein Punkt, an dem potenziell Fehler ins Spiel kommen, weil etwa die Type-Informationen verloren gehen.

Wo es hakt

Das eben beschriebene Szenario gilt hauptsächlich für einzelne Maschinen. Kommt etwa ein einzelnes Image für verschiedene, aber sehr ähnliche Plattformen zum Einsatz, müssen dennoch für jede unterstützte Plattform eigene Device Tree Blobs (DTB) her. Auch wenn die Änderungen nur minimal ausfallen. FPGAs oder Expansion Boards brauchen Änderungen am Device Tree zur Laufzeit und nutzen dafür Device Tree Overlays. Die funktionieren subtil anders als die In-Memory Trees.

Damit Device Trees reibungslos funktionieren, müssen am Ende zudem verschiedene Komponenten (Compiler, Bootloader, Betriebssystem) ohne Fehler zusammenarbeiten. Dass dies nicht immer funktioniert, liegt unter anderem am bisher genutzten Format, das noch einige Ungereimtheiten in sich trägt. Werden Eigenschaften zum Beispiel als einzelne Werte oder Sequenz von Werten definiert, gehen ihre Type-Informationen verloren. Fehler im Umgang mit Device Trees fallen aber erst spät auf, nämlich wenn der Rechner versucht, das System zu booten. Dann hängt es sich in der Regel einfach auf, ohne einen Hinweis auf die Ursache zu geben.

Yaml soll helfen

Das Yaml-Format soll hier laut Konsulko Abhilfe schaffen. Es decke nicht nur alle DTS-Eigenschaften ab, sondern sei von Menschen leichter lesbar, einfach zu parsen und nachträglich zu verändern. Yaml ist außerdem weit verbreitet, ausgereift und hat deshalb eine gute Unterstützung in verschiedenen Werkzeugen. Es unterstützt Referenzen, Anker sowie Typen für Eigenschaften und begleitet den kompletten Kompiliervorgang mit nützlichen Fehlermeldungen. Auch lasse sich Yaml wie Object Files als Zwischenformat verwenden, um das finale Linken auf einen späteren Zeitpunkt zu vertagen. Nicht zuletzt sei Yaml zukunftssicher, denn die Daten lassen sich einfach in künftige Formate konvertieren.

Der Plan der Ideengeber scheint zu sein, traditionelle DTS-Dateien nach und nach durch Yaml-Dateien abzulösen. Ob alle Kernel-Entwickler mit dem Vorschlag einverstanden sind, muss sich zeigen. In dem Workshop schien es aber keine grundlegenden Vorbehalte zu geben. Json und XML als Formate lehnten die Entwickler im Workshop ab. XML sei zu sperrig. Json unterstütze Yaml nicht, während Yaml aber Json unterstützt. Offene Fragen werfen aber unter anderem noch das Diffing und die Versionierung auf.