如何自己動手做一個迷你型Linux操作系統

系統啟動

　　因為我們要考慮從 Flash 盤進行啟動，所以我們選擇用 LILO 作為我們的 Boot Loader，而不選用 GRUB。這是考慮到 GRUB 有較強的對硬盤和文件系統的識別能力，而 Flash 盤到底不是標準的硬盤，并且我們選用的文件系統 GRUB 又不一定認識，搞不好的話 GRUB 反會弄巧成拙。而 LILO 就簡單的多了，它在硬盤開始的 MBR 寫入一個小程序，這個小程序不經過文件系統，直接從硬盤扇區(qū)號，讀出 Kernel Image 裝入內存。這樣，保險系數就大大增加。并且也給了我們自由選用文件系統的余地。那么，我們要如何安裝 LILO 呢？

　　首先，我們要找一塊普通的 800M 左右的 IDE 硬盤，連在目標機器的 IDE 線上。這樣在我們的目標機器上，IDE1 上掛的是 Flash 盤，IDE2 上掛的是一塊工作硬盤。我們用標準的步驟在 IDE2 的標準硬盤上裝上一個 Debian GNU/Linux 系統。當然，如果讀者朋友們手頭沒有 Debian，也可以裝 Red Hat 系統。裝好工作系統之后，要首先做一些裁減工作，把不必要的 Service 和 X Window 等等東西都刪掉。這樣做的目的是增進系統啟動速度，因為我們在后面的工作中，肯定要不停的重新啟動機器，所以啟動速度對我們的工作效率是很關鍵的。

　　裝好工作系統之后，在 Falsh 盤上做一個 Ext2 文件系統，這個用 mke2fs 這個命令就可以完成。由于 Flash 盤是接在 IDE1 上的，所以在 Linux 里面，它的身份是 /dev/hda。本文作者在操作的時候，把整個 Flash 盤劃分了一個整個的分區(qū)，所以，調用 mke2fs 的時候，處理的是 /dev/hda1。讀者朋友們應該可以直接在 /dev/hda 上做一個 Ext2 文件系統，而不用事先分區(qū)。

　　在 Flash 盤上做好了文件系統之后，就可以把一個編譯好的內核映像文件 vmlinuz 拷貝到 Flash 盤上了。注意，必須要先把這個 vmlinuz 映像文件拷貝到 Flash 盤上，然后才能在 Flash 盤上安裝 LILO。不然的話，LILO 到時候可是會 LILILILI 打結巴的，因為它會找不到 Kernel Image 在 Flash 盤上的位置的，那樣的話 Flash 盤也就啟動不起來了。還有，如果讀者朋友們在 Flash 盤上用的是一個壓縮的文件系統的話，到時候 LILO 也會出問題，它雖然能正確的找到 Kernel Image 在硬盤上的起始位置，但是它卻沒有辦法處理被文件系統重新壓縮過的這個 Kernel Image，不知道該如何把它展開到內存中去。

　　把 Kernel Image 拷貝過去以后，我們就可以動手編輯一份 lilo.conf 文件，這份文件可以就放在工作系統上就行了。但是注意在 lilo.conf 中索引的文件名的路徑可要寫對。這些路徑名都是在工作系統上看上去的路徑名。比如，如果 Flash 盤 Mount 在 /mnt 目錄下面，那么，在 lilo.conf 中，vmlinuz 的路徑名就是 /mnt/vmlinuz。注意這一點千萬不要搞錯。不然的話，如果一不小心把工作系統的 LILO 給破壞掉了，那就麻煩了。編輯好了 lilo.conf，然后再運行 lilo 命令，注意，要告訴它用這個新的 lilo.conf 文件，而不要用 /etc/lilo.conf。

　　安裝好 LILO 之后，我們可以立即重新啟動，測試一下。首先在 BIOS 里面，設置成從 IDE1 開始啟動，如果我們看到 LILO 的提示符，按回車后還能看到 Kernel 輸出的消息，這就算是 LILO 的安裝成功了。記得這個操作的方法，以后每次我們更新 Flash 盤上的 Kernel Image，都記得要更新 LILO。也就是說，要重新運行一遍 lilo 命令。

　　編譯內核

　　試驗成功 LILO 的安裝以后，我們開始考慮編譯一個新的內核。當然，要編譯新的內核，我們首先要進入我們的工作系統。這里有兩個辦法進入工作系統，一是在 BIOS 里面設置從 IDE2 啟動，當然，這就要求當初安裝工作系統的時候，要把 LILO 安裝在 /dev/hdb 上；另一個辦法是還是從 IDE1 啟動，不改變 BIOS 的設置，但是在看到 LILO 的提示符的時候，要鍵入 linux root=/dev/hdb1，最前面的 linux 是在 lilo.conf 里面定義的一個 entry，我們只采用這個 entry 所指定的 Kernel Image，但是用 /dev/hdb1 作為 root 文件系統。兩個辦法可能有的時候一個比另一個好，更方便一些。這就要看具體的情況了。不過，它們的設置并不是互相沖突的。

　　在編譯內核的時候，由于我們的內核是只有一臺機器使用的，所以我們應該對它的情況了如指掌；另外一方面，為了減低不必要的復雜性，我們決定不用 kernel module 的支持，而把所有需要的東西直接編譯到內核的里面。這樣編譯出來的內核，在一臺普通的 586 主板上，把所有必要的功能都加進去，一般也不到 800K 字節(jié)。所以，這個辦法是可行的。而且減低了 init scripts 的復雜程度。從運行方面來考慮，由于需要的 kernel 代碼反正是要裝載到內存中的，所以并不會引起內存的浪費。

　　在我們的目標平臺上，我們希望使用 USB 存儲設備。還有一點要注意的，就是對 Frame buffer 的支持。這主要是為了支持 XFree86。一般說來，如果我們的顯卡是 XFree86 直接支持的，那當然最好，也就不需要 frame buffer 的內核支持。但是如果 XFree86 不支持我們的顯卡，我們可以考慮用 VESA 模式。但是 XFree86 的 VESA 卡支持運行起來不太漂亮，還有安全方面的問題，有時在啟動和退出 X Window 的時候會出現花屏。所以我們可以采用 kernel 的 vesa 模式的 frame buffer，然后用 xfree86 的 linux frame buffer 的驅動程序。這樣一般就看不到花屏的現象了，而且安全方面也沒有任何問題。

　　devfs 也是我們感興趣的話題。如果 kernel 不使用 devfs，那么系統上的 root 文件系統就要有 /dev 目錄下面的所有內容。這些內容可以用 /dev/MAKEDEV 腳本來建立，也可以用 mknod 手工一個一個來建。這個方法有其自身的好處。但是它的缺點是麻煩，而且和 kernel 的狀態(tài)又并不一致。相反的，如果使用了 devfs，我們就再也不用擔心 /dev 目錄下面的任何事情了。/dev 目錄下面的項目會有 kernel 的代碼自己負責。實際使用起來的效果，對內存的消耗并不明顯。所以我們選擇 devfs。
busybox

　　有了 LILO 和 kernel image 之后，接下來，我們要安排 root 文件系統。由于 flash 盤的空間只有 16M 字節(jié)，可以說，這是對我們最大的挑戰(zhàn)。這里首先要向大家介紹小型嵌入式 Linux 系統安排 root 文件系統時的一個常用的利器：BusyBox。

　　Busybox 是 Debian GNU/Linux 的大名鼎鼎的 Bruce Perens 首先開發(fā)，使用在 Debian 的安裝程序中。后來又有許多 Debian developers 貢獻力量，這其中尤推 busybox 目前的維護者 Erik Andersen，他患有癌癥，可是卻是一名優(yōu)秀的自由軟件開發(fā)者。

　　Busybox 編譯出一個單個的獨立執(zhí)行程序，就叫做 busybox。但是它可以根據配置，執(zhí)行 ash shell 的功能，以及幾十個各種小應用程序的功能。這其中包括有一個迷你的 vi 編輯器，系統不可或缺的 /sbin/init 程序，以及其他諸如 sed, ifconfig, halt, reboot, mkdir, mount, ln, ls, echo, cat ... 等等這些都是一個正常的系統上必不可少的，但是如果我們把這些程序的原件拿過來的話，它們的體積加在一起，讓人吃不消?？墒?busybox 有全部的這么多功能，大小也不過 100K 左右。而且，用戶還可以根據自己的需要，決定到底要在 busybox 中編譯進哪幾個應用程序的功能。這樣的話，busybox 的體積就可以進一步縮小了。

　　使用 busybox 也很簡單。只要建一個符號鏈接，比方 ln -s /bin/busybox /bin/ls，那么，執(zhí)行 /bin/ls 的時候，busybox 就會執(zhí)行 ls 的功能，也會按照 ls 的方式處理命令行參數。又比如 ln -s /bin/busybox /sbin/init，這樣我們就有了系統運行不可或缺的 /sbin/init 程序了。當然，這里的前提是，你在 busybox 中編譯進去了這兩個程序的功能。

　　這里面要提出注意的一點是，busybox 的 init 程序所認識的 /etc/inittab 的格式非常簡單，而且和常規(guī)的 inittab 文件的格式不一樣。所以讀者朋友們在為這個 busybox 的 init 寫 inittab 的時候，要注意一下不同的語法。至于細節(jié)，就不在我們這里多說了，請大家參考 Busybox 的用戶手冊。

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201706/349414.htm
　　從啟動到進入 shell

　　busybox 安裝好以后，我們就可以考慮重新啟動，一直到進入 shell 提示符了。這之前，我們要準備一下 /etc 目錄下的幾個重要的文件，而且要把 busybox 用到的 library 也拷貝過來。

　　用 ldd 命令，后面跟要分析的二進制程序的路徑名，就可以知道一個二進制程序，或者是一個 library 文件之間的互相依賴關系，比如 busybox 就依賴于 libc.so 和 ld-linux.so ，我們有了這些知識，就可把動手把所有需要的 library 拷貝到 flash 盤上。由于我們的 flash 盤說大不大，說小倒也不小，有 16M 字節(jié)之多。我們直接就用 Glibc 的文件也沒有太多問題。如果讀者朋友們有特殊的需要，覺得 Glibc 太龐大了的話，可以考慮用 uClibc，這是一個非常小巧的 libc 庫，功能當然沒有 Glibc 全，但是足夠一個嵌入式系統使用了。本文就不再介紹 uClibc 了。

　　庫程序拷貝過來以后，我們就可以考慮系統啟動的步驟了。啟動的時候，先是 lilo，接下來就是 kernel，kernel 初始化之后，就調用 /sbin/init，然后由 init 解釋 /etc/inittab 運行各種各樣的東西。inittab 會指導 init 去調用一個最重要的系統初始化程序 /etc/init.d/rcS，我們將要在 rcS 中完成各個文件系統的 mount，此外，還有在 rcS 中調用 dhcp 程序，把網絡架起來。rcS 執(zhí)行完了以后，init 就會在一個 console 上，按照 inittab 的指示開一個 shell，或者是開 getty login，這樣用戶就會看到提示輸入用戶名的提示符。我們這里為了簡單起見，先直接進入 shell，然后等到調試成功以后，再改成直接進入 X Window。

　　關于 inittab 的語法，我們上面已經提到過了，希望讀者朋友們去查權威的 busybox 的用戶手冊。這里，我們先要講一下文件系統的構成情況。

　　安排文件系統

　　大家已經看到，我們的 root 文件系統為了避免麻煩，用的是標準的 ext2 文件系統。由于我們的硬盤空間很小，只有不到 16M，而且我們還要在上面放上 X Window，所以，如果我們全部用 ext2 的話，Flash 盤的有限空間會很快耗盡。我們唯一的選擇是采用一個適當的壓縮文件系統?？紤]到 /usr 目錄下面的內容在系統運行的時候，是不需要被改寫的。我們決定選擇只讀的壓縮文件系統 cramfs 來容納 /usr 目錄下面的全部內容。

　　cramfs 是 Linus Torvalds 本人開發(fā)的一個適用于嵌入式系統的小文件系統。由于它是只讀的，所以，雖然它采取了 zlib 做壓縮，但是它還是可以做到高效的隨機讀取。既然 cramfs 不會影響系統讀取文件的速度，又是一個高度壓縮的文件系統，對于我們，它就是一個相當不錯的選擇了。

　　我們首先把 /usr 目錄下的全部內容制成一個 cramfs 的 image 文件。這可以用 mkcramfs 命令完成。得到了這個 usr.img 文件之后，我們還要考慮怎樣才能在系統運行的時候，把這個 image 文件 mount 上來，成為一個可用的文件系統。由于這個 image 文件不是一個通常意義上的 block 設備，我們必須采用 loopback 設備來完成這一任務。具體說來，就是在前面提到的 /etc/init.d/rcS 腳本的前面部分，加上一行 mount 命令： mount -o loop -t cramfs /usr.img /usr

　　這樣，就可以經由 loopback 設備，把 usr.img 這個 cramfs 的 image 文件 mount 到 /usr 目錄上去了。哦，對了，由于要用到 loopback 設備，讀者朋友們在編譯內核的時候，別忘了加入內核對這個設備的支持。對于系統今后的運行來說，這個 mount 的效果是透明的。cramfs 的壓縮效率一般都能達到將近 50%，而我們的系統上絕大部分的內容是位于 /usr 目錄下面，這樣一來，原本可能要用到 18M 的 Flash 盤，現在可能只需要 11M 就可以了。一個 14M 的 /usr 目錄，給壓縮成了僅僅 7M。

　　上面考慮了壓縮問題，下面還要考慮到，Flash 盤畢竟不像普通硬盤，多次的擦寫畢竟不太好，所以我們考慮，在需要多次擦寫的地方，使用內存來做。這個任務，我們考慮用 tmpfs 來完成。至于 tmpfs 和經典的 ramdisk 的比較，我們這里就不多說了。一般說來，tmpfs 更加靈活一些，tmpfs 的大小不像 ramdisk，可以順著用戶的需要增長或者縮小。我們選擇把 /tmp、/var 等幾個目錄做成 tmpfs。這只需要我們在 /etc/fstab 里面加上兩行類似下面的文字就可以了： none /var tmpfs default 0 0

　　然后別忘了在 /etc/init.d/rcS 里面靠近開頭的地方，加上 mount -a。這樣，就可以把 /etc/fstab 里面指定的所有的文件系統都 mount 上來了。

　　X Window

　　進行到這里，讀者朋友們可能會以為，X Window 的安裝可能會很復雜。其實不然，由于我們上面的架子搭好了，X Window 的安裝非常簡單，只需要把幾個關鍵的程序拷貝過來就可以了。一般說來，只需要 /usr/X11R6 目錄下面的 bin 和 lib 兩個目錄。然后，根據用戶各自的需要，還可以做大幅的裁減。比如，如果你的局域網上有一個開放的 xfs 字體服務器的話，你可以把所有本地的字體都刪掉，而使用遠端的字體服務器。如果只需要運行有限的程序，別忘了把沒有用的 library 都刪掉。此外，還可以把多余的 X Window 的 driver 都刪掉，只保留本機的顯示卡所需要的 driver 就可以了。當然，這一關免不了要做多次測試。

　　其它技巧

　　如果你的工作系統式在另外一臺機器上，通過局域網和本機互聯的話，ssh 是一個不錯的工具。此外，ssh 中帶的 scp 用起來和普通的 cp 拷貝程序差不多，非常方便。用 ssh 和 scp 來共享文件，遠程試驗，你就可以不需要在辦公室里跑來跑去的了。

　　如果你需要一個 MS Windows 上運行的 X Server 和 xfs 字體服務器，可以考慮包括在 Red Hat 的 Cygwin 工具箱中的 XFree86 系統。