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のぶのすけたておか
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1 コネクテッドカーに採用される仮想化 OS のデバッグ手法欧米の車載機器メーカで採用が進むハイパーバイザ OS に対する取り組み日本ローターバッハ株式会社技術サポート香川貴人 2017 年 7 月 12 日

2 Hypervisor システムのデバッグ 2 / 38

3 アジェンダハイパーバイザシステムとデバッグハイパーバイザとはハイパーバイザシステムのデバッグデモ 3 / 38

4 組込みデバッグツールの世界的なリーディングカンパニー 1979 年ドイツミュンヘン近郊にて設立 JTAG デバッガ ICE(In Cirtuit Emulator) の開発製造販売およびサポート中国フランスイタリア日本チュニジアイギリスアメリカに営業 / 技術サポート拠点従業員数 : ワールドワイドで約 120 名 4 / 38

5 製品コンセプトと強みモジュラー型の製品構成 80 種以上のCPU/DSPアーキテクチャをサポート様々なホスト環境コンパイラ OS IDEに対応全製品に共通のGUI (TRACE32 PowerView) 5 / 38

6 製品ポートフォリオ 6 / 38

7 アジェンダハイパーバイザシステムとデバッグハイパーバイザとはハイパーバイザシステムのデバッグデモ 7 / 38

8 What is a hypervisor? 出典 : ウィキペディアによると Hypervisor はコンピュータソフトウェアの一部で Virtual Machine を生成実行するファームウェアまたはハードウェア Hypervisor が 1 つまたはそれ以上の Virtual Machine を実行しているコンピュータはホストマシンとして定義される各 Virtual Machine は Guest Machine と呼ばれる Hypervisor はゲストオペレーティングシステム (OS) に仮想的な動作環境を提供しゲスト OS の実行を管理様々な OS からなる複数のインスタンスが仮想化されたハードウェアリソースを共有 8 / 38

9 Why and where to use a hypervisor? 1 つのハードウェアで異なるユースケースを並列処理 1 つのハードウェアに複数機能を実装 : 高い費用対効果安全性 : ゲスト OS はお互いにブロック信頼性 :Hypervisor がゲストを監視しそれらを再実行 9 / 38

10 Why and where to use a hypervisor? ユースケース : 完全に異なる機能を実現する場合セキュリティのために分離しなければならい場合異なる OS を並列に実行 10 / 38

11 Why and where to use a hypervisor? 多コア化 : ARM の Cortex-A5x/A7x インテル社 Core i9 は 18 コア /36 スレッド CPU リソースをより効果的効率的に使用するために Hyperviosr を採用 Core0 Core1 Core2 Core3 Core4 Core5 Core6 Core7 11 / 38

12 Which hypervisor types to exist? ハードウェアによるHypervisor Paravirtualization ( 準仮想化 ) Hypervisors ( ハードウェアによる仮想化 ) Type 1 hypervisor Type 2 hypervisor 12 / 38

13 Which hypervisor types to exist? ハードウェアによる Hypervisor 全てハードウェアで管理例 :ARM Trust Zone および Hypervisor: 各ゾーンはそれぞれのレジスタバンクおよび MMU を有するデバッグツール上では各アクセスクラスを用意 H: Hypervisor Z: Secure Zone N: Non-Secure Zone 13 / 38

14 Which hypervisor types to exist? Paravirtualization( 準仮想化 ): ソフトウェア hypervisor ハードウェアによるサポートはなし :Hypervisor ソフトウェアによって全て管理完全な MMU サポート : ゲスト OS のプロセスマッピングも含めて Hypervisor が管理各ゲスト OS は Hypervisor にポーティングデバッグには Hypervisor とゲストの両方をサポートするための特別な対応が必須例 :Sysgo 社 paravirtualized PikeOS と ElinOS ( ポートされた Linux) 14 / 38

15 Which hypervisor types to exist? Hypervisor ( ハードウェアによる仮想化 ) Hypervisor は VM の管理のためにハードウェアを利用ゲスト OS はポーティングの必要なし Hypervisor はペリフェラル割り込みおよび MMU への特権アクセスを管理各ゲストごとに MMU ステージハードウェアサポートの例 : ARM Virtualization Extension Intel X86 Virtual Machine Control Structure PowerPC Embedded Hypervisor 15 / 38

16 Which hypervisor types to exist? Type1 Hypervisor ネイティブ型もしくはベアメタル型 Hypervisor はホストハード上で直接動作例 :Xen Xen がシステム上で動作する OS Dom0 :Linux が動作する特権ゲスト DomU : ユーザゲストその他の例 Wind River Hypervisor LynxSecure 16 / 38

17 Which hypervisor types to exist? Type 2 Hypervisor ホスト型従来の OS 内で動作する Hypervisor 例 : KVM KVM は Linux ホスト内のカーネルモジュール KVM がユーザ OS を管理その他の例 Jailhouse QEMU VMWare VirtualBox 17 / 38

実際には中間的なアドレスにアクセス Hypervisor が中間アドレスを実際の物理アドレスに変換 Hypervisor による変換は

18 What is virtualized? メモリハードウェアベースの仮想化では 2 段階でメモリマネジメントゲストは物理メモリを持っていると思っているけれども, 実際には中間的なアドレスにアクセス Hypervisor が中間アドレスを実際の物理アドレスに変換 Hypervisor による変換は VM に対し透過ペリフェラル I/O アクセスおよび割り込みは Hypervisor によって管理され VM に送られる Hypervisor は専用 I/O および割り込みに VM が直接アクセスするのを許可する場合もある 18 / 38

19 Debugger must know how hypervisors work ハードウェアによるHypervisor Paravirtualization ( 準仮想化 ) Hypervisors ( ハードウェアによる仮想化 ) Type 1 ( ネイティブ型ベアメタル型 ) Type 2 ( ホスト型 ) メモリおよびI/Oアクセス各コアの仮想化技術 19 / 38

20 アジェンダハイパーバイザシステムとデバッグハイパーバイザとはハイパーバイザシステムのデバッグデモ 20 / 38

21 Influence to debugging ランモードデバッグ (GDB など ) 時の影響ストップモードデバッグ (JTAG デバッガ ) 時の影響 21 / 38

22 Influence to debugging ランモードデバッグ ( 例 :GDB など ) デバッグインタフェース ( シリアルやイーサネット通信など ) はゲストに繋がっているデバッグ自体は Hypervisor 非依存特別な対応は不要見えるのはこのデバッグ対象だけ 22 / 38

23 Influence to debugging ストップモードデバッグ --- ターゲットを停止全てのゲストを含むシステム全体が停止停止させたときあるゲストがアクティブカレントゲストカレントビューではカレントゲストのみを表示ターゲットアドレスシンボルアドレス = 仮想アドレス = ゲスト OS のアドレスゲスト OS は仮想アドレスを中間アドレスに変換中間アドレスはゲストにとって物理アドレスだけれども Hypervisor にとっては仮想アドレス Hypervisor は中間アドレスを物理アドレスに変換仮想中間物理の 3 つの異なるアドレッシングスキームゲスト OS と Hypervisor の 2 つの完全な MMU ステージ 23 / 38

24 Influence to debugging メモリアクセス基本的にデバッガがアクセスできるのは : 物理アドレス領域カレントゲストの中間アドレス領域カレントゲスト内のカレントプロセスの仮想アドレス領域その他のゲストやプロセスにアクセスできるようにするにはデバッガが Hypervisor の MMU 変換と全てのゲスト OS のことを分かっている Hypervisor + OS Awareness 24 / 38

25 アジェンダハイパーバイザシステムとデバッグハイパーバイザとはハイパーバイザシステムのデバッグデモ 25 / 38

26 What means Hypervisor Awareness? 仮想化されたシステム = たくさんのマシン各マシンは独自のレジスタ, MMU 変換, ブレークポイント, シンボル, OS, タスクなどもっている Hypervisor Awareness は以下のマシンを識別ホストマシン (Hypervisor を実行 ) 全てのゲストマシンそして同時に全てのマシン 26 / 38

27 What means Hypervisor Awareness? 27 / 38

28 Hypervisor デバッグデモターゲットボード LeMaker Hikey Cortex-A53 64-bit octa core with up to 1.2GHz ターゲット OS Xen Dom0 ( ゲストOS 1) Linux ( ゲストOS 2) FreeRTOS ( ゲストOS 3) デバッグツール TRACE32 PowerDebug + ARMv8 用デバッグプローブターゲット接続コネクタ :MIPI-10 ( ハーフピッチコネクタ ) 28 / 38

29 Hypervisor デバッグデモ JTAG デバッガを接続した Live Demo 29 / 38

30 Hypervisor デバッグデモ全ての仮想マシンをリスト表示 Live Demo 30 / 38

31 Hypervisor デバッグデモ仮想マシンスペース及びタスクをツリー表示 Live Demo 31 / 38

32 Hypervisor デバッグデモ全仮想マシン上の全スペースを一覧表示 Live Demo 32 / 38

33 Hypervisor デバッグデモ指定したタスクのスタックフレームを表示 Live Demo 33 / 38

34 まとめ組込み分野でも SoC のマルチコア化およびリソースの有効活用にともない Hypervisor の採用が増加従来通りの組込み開発特有の高度なデバッグ機能を提供する JTAG デバッガは必須 Hypervisor Awareness で従来のデバッグ機能を継承しつつ仮想化環境のマルチ OS デバッグを実現 34 / 38

35 LDRA 単体テストツールと統合実機レベルのテスト実行とカバレッジ解析を自動化 35 / 38

36 セキュリティと機能安全の検証を支援 MISRA-C, CERT C コーディング規約 MCDC, 関数コールカバレッジダイナミックデータフローカバレッジ要件 ~ コード / トレーサビリティ単体テスト自動化 / 38

37 THANK YOU! 日本ローターバッハ株式会社神奈川県横浜市港北区新横浜日総第 16 ビル 4F [ お問い合わせ ] Mail: info@lauterbach.co.jp Tel:

今週の進捗

今週の進捗 Virtualize APIC access による APIC フック手法立命館大学富田崇詠, 明田修平, 瀧本栄二, 毛利公一 2016/11/30 1 はじめに (1/2) マルウェアの脅威が問題となっている 2015年に4 億 3000 万以上の検体が新たに発見されているマルウェア対策にはマルウェアが持つ機能挙動の正確な解析が重要マルウェア動的解析システム : Alkanet 仮想計算機モニタのBitVisorの拡張機能として動作