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這份筆記記錄了從0開始構(gòu)建一個最小根文件系統(tǒng)的流程，從而達到分析其目錄結(jié)構(gòu)及文件的目的，基于的kernel版本為2.6.35

1.結(jié)構(gòu)總覽

如圖

• /linuxrc：由busybox安裝，就是kernel執(zhí)行的init程序，本質(zhì)是指向busybox的符號鏈接
• /bin：由busybox安裝，里面是通用命令，如ls
• /sbin：由busybox安裝，里面是root權(quán)限命令，如shutdown
• /usr：由busybox安裝，里面是共享、開放的內(nèi)容（意思是任意用戶都可以使用）
• bin：由busybox安裝，里面是共享、開放的命令，如whoami
• sbin：由busybox安裝，里面是不重要的系統(tǒng)命令，如deluser

• /etc：里面是各個程序的配置文件，眾多程序在運行時需要根據(jù)配置文件來指導(dǎo)它們的行為

  • inittab：busybox的配置文件，busybox運行時將根據(jù)/etc/inittab來指導(dǎo)自己的行為，可以用它實現(xiàn)應(yīng)用程序的開機自啟動，此外它還調(diào)用了rcS
  • fstab：配置文件，被busybox的mount -a 指令讀取，指定了系統(tǒng)初始化時應(yīng)該掛載的文件系統(tǒng)
  • profile：一個腳本程序，被busybox調(diào)用，作用是在控制臺中顯示用戶的名字
  • passwd：配置文件，里面記錄了用戶和密碼的設(shè)置
  • shadow：配置文件，里面是所有用戶的密碼（加密過的）
  • init.d：此目錄包含了很多系統(tǒng)服務(wù)啟動時需要運行的腳本
    
    • rcS：控制臺初始化程序，在進入控制臺前被busybox調(diào)用執(zhí)行，可以利用它實現(xiàn)應(yīng)用程序的開機自啟動

• sysconfig：

  • HOSTNAME：配置文件，里面存放用戶的名字，會被rcs讀取

• /proc：系統(tǒng)的虛擬文件系統(tǒng)的掛載點，要自己創(chuàng)建，里面是虛擬的文件，表示了系統(tǒng)的一部分狀態(tài)

• /sys：系統(tǒng)的虛擬文件系統(tǒng)的掛載點，要自己創(chuàng)建，里面是虛擬的文件，非常全面的表示了系統(tǒng)狀態(tài)
• /tmp：系統(tǒng)的虛擬文件系統(tǒng)的掛載點，要自己創(chuàng)建，用于存放臨時生成的文件，一般是空的
• /var：系統(tǒng)的虛擬文件系統(tǒng)的掛載點，要自己創(chuàng)建，用于存放一些數(shù)據(jù)
• /dev：系統(tǒng)的虛擬文件系統(tǒng)的掛載點，要自己創(chuàng)建，用于存放設(shè)備文件
• /lib：里面存放了很多庫文件，應(yīng)用程序會進去加載需要的動態(tài)鏈接庫

2.安裝busybox

可以從官網(wǎng)https://busybox.net/downloads/ 下載到源碼，我們使用2015年的1.24.1版本。busybox這個項目借鑒了很多kernel的地方，比如配置部分和Makefile等，我們只要按照kernel的方法操作它就行了

• 進入源碼目錄，打開Makefile檢查架構(gòu)和交叉編譯工具鏈，利用/在vim中搜索CROSS_COMPILE和ARCH，將其改為

ARCH = arm
CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/arm-2009q3/bin//arm-none-linux-gnueabi-

• 然后直接make menuconfig，開始配置busybox。首先進入Busybox Settings->Build Options 配置使用靜態(tài)鏈接庫，因為我們要移植到開發(fā)板所以不要使用動態(tài)鏈接庫
  
  
  
  再進入Busybox Settings->Busybox Library Tuning，設(shè)置為vi風(fēng)格
  
  
  
  進入Linux Module Utilities，設(shè)置模塊化，注意要取消 Simplified modutils，然后選擇下面的子選項
  
  
  
  進入Linux System Utilities，確認mdev下面的子選項都被選中了
  
  
  
  進入 Busybox Settings->Installation Options (“make install” behavior)，修改busybox的安裝路徑
  
  
• 配置完了直接編譯，make -j4，發(fā)現(xiàn)報錯了：
  
  
  
  看來是sync.c報錯了，google一下，發(fā)現(xiàn)這個sync功能并不是什么特別有用的，我們直接在menu config中將其屏蔽即可。然后再編譯，發(fā)現(xiàn)沒有報錯
• 然后輸入 make install 來安裝busybox，這一步主要的目的是把編譯生成的一大坨可執(zhí)行文件、和依賴的庫文件，妥當(dāng)?shù)陌惭b到我們指定的目錄下（即根文件系統(tǒng)目錄）

3.添加/etc/inittab

/etc目錄里面是各個程序的配置文件，眾多程序在運行時需要根據(jù)配置文件來指導(dǎo)它們的行為
此處的/etc/inittab就是busybox的配置文件之一，busybox運行時將根據(jù)/etc/inittab來指導(dǎo)自己的行為。如果我們要添加自己的自啟應(yīng)用程序，并不推薦inittab，推薦rc*.d，詳見第5節(jié)。

• 首先手動創(chuàng)建/etc目錄，然后在里面創(chuàng)建/etc/inittab文件，并向其內(nèi)部添加：

#sjh:這是一個典型的inittab內(nèi)容
#first:run the system script file
::sysinit:/etc/init.d/rcS
::sysinit:/bin/login
::askfirst:-/bin/sh
::ctrlaltdel:-/sbin/reboot
#umount all filesystem
::shutdown:/bin/umount -a -r
#restart init process
::restart:/sbin/init

• inittab文件內(nèi)容是嚴格按照一定的格式的，非#開頭的就是正式語句了，每一行都是一個配置項
• 配置項的標準格式為，id:runlevels:action:process 其中，冒號代表分隔符，分隔開各個部分；id和runlevels不是很重要，一般能省略，這就是為什么上面這段代碼行首有兩個冒號的原因；action代表一個條件/狀態(tài)；process代表操作
• ::sysinit:/etc/init.d/rcS的意思是：當(dāng)條件狀態(tài)為“訪問控制臺前的初始化”時，執(zhí)行“/etc/init.d/rcS”
• ::sysinit:/bin/login的意思是：當(dāng)條件狀態(tài)為“訪問控制臺前的初始化”時，執(zhí)行“/bin/login”即啟動用戶登錄程序
• ::askfirst:-/bin/sh的意思是：當(dāng)條件狀態(tài)為“啟動程序前（不太理解？）”是，執(zhí)行“-/bin/sh”
• ::ctrlaltdel:-/sbin/reboot的意思是：當(dāng)條件狀態(tài)為“重啟”時，執(zhí)行“-/sbin/reboot”
• ::shutdown:/bin/umount -a -r的意思是：當(dāng)條件狀態(tài)為“關(guān)機”時，執(zhí)行“/bin/umount -a -r”（意思是取消掛載的目錄）
• ::restart:/sbin/init的意思是：當(dāng)條件狀態(tài)為“重啟init（busybox）”時，執(zhí)行“/sbin/init”（init其實就是busybox）
• 總之，busybox在運行時會不斷的循環(huán)判斷，一旦當(dāng)前符合條件狀態(tài)了inittab中的某一個配置項，它就會執(zhí)行相應(yīng)的操作?？梢姡琲nittab文件對于busybox相當(dāng)重要

4.添加/etc/init.d/rcS

/etc/init.d/rcS是被busybox調(diào)用的控制臺初始化程序，這個文件是一個shell腳本，在開機訪問控制臺前它將被busybox執(zhí)行，可以認為rcS是一個開機就執(zhí)行的初始化程序
如果我們要添加自己的自啟應(yīng)用程序，并不推薦rcS，推薦rc*.d，詳見第5節(jié)

• 首先手動創(chuàng)建/etc/init.d/，然后在里面創(chuàng)建rcS，并向其內(nèi)部添加

#!/bin/sh
PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin

runlevel=S
prevlevel=N

umask 022

export PATH runlevel prevlevel

mount -a

echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s

/bin/hostname -F /etc/sysconfig/HOSTNAME

ifconfig eth0 192.168.1.3

• 首先一上來定義了三個變量PATH、runlevel、prevlevel，并將其導(dǎo)出為環(huán)境變量
• PATH這個環(huán)境變量代表應(yīng)用程序的默認路徑，當(dāng)我們執(zhí)行應(yīng)用程序（如 ls）時可以不輸入路徑，busybox會去這個路徑內(nèi)搜索。PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin表示將應(yīng)用程序默認路徑設(shè)置為/sbin、/bin、/usr/sbin、/usr/bin，冒號為分隔符
• runlevel這個環(huán)境變量表示Linux系統(tǒng)的運行級別（模式）設(shè)置，比如0代表關(guān)機，1代表單用戶root模式，2代表多用戶模式，我們這里設(shè)置的S代表的也是單用戶root模式
• prevlevel這個環(huán)境變量不是很重要
• umask 022表示設(shè)置umask值為022，umask決定了用戶創(chuàng)建新文件時，新文件的權(quán)限，一般來說默認的022夠用了
• mount -a表示掛載指定的文件系統(tǒng)，具體由/etc/fstab（見后文）指定
• echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug表示創(chuàng)建符號鏈接mdev，指向hotplug，這一步的根本目的是實現(xiàn)熱插拔設(shè)備功能，其實就是當(dāng)驅(qū)動模塊被加載時，自動生成/dev下的設(shè)備文件
• mdev -s，表示開啟掃描驅(qū)動設(shè)備模塊，如果掃描到了就自動生成/dev下的設(shè)備文件。這一步和上一步其實就是開啟mdev的“自動創(chuàng)建設(shè)備文件功能”
• /bin/hostname -F /etc/sysconfig/HOSTNAME表示執(zhí)行了hostname程序，把當(dāng)前主機的名字設(shè)置為HOSTNAME（見后文）文件中的主機名，-F是參數(shù)，表示去文件中獲取主機名
• ifconfig eth0 192.168.1.3表示設(shè)置ip地址

5.添加/etc/rc*.d目錄（可選）

這是一種當(dāng)前非常流行的開機啟動設(shè)置方式，/etc/rc*.d中的腳本將被開機啟動。rc*.d中的*代表了了啟動優(yōu)先級

• 如果文件系統(tǒng)中有這類目錄，那么我們應(yīng)該按照這個方法設(shè)置開機啟動程序。如果本來就沒有，那么也沒必要強行添加，也能在/etc/inittab或/etc/init.d/rcS設(shè)置開機啟動
• 關(guān)于添加開機啟動的注意點：
  
  • 能后臺運行盡量后臺運行，前臺運行會占用控制臺，如果需要后臺運行，則只需在指令后面加&即可，如/test/hello_static &
  • 開機啟動的程序中，應(yīng)該使用全路徑，因為只有登錄后，當(dāng)前目錄才會進入~/，而開機啟動的程序有可能在登錄前運行（也有可能根本不登錄），所以使用全路徑比較保險

6.添加/etc/fstab

該文件指定了系統(tǒng)初始化時應(yīng)該掛載的文件系統(tǒng)，
首先手動創(chuàng)建/etc/fstab，并向其內(nèi)部添加：

#   <file system>   <mount point>   <type>  <options>   <dump>  <pass>
    proc            /proc           proc    defaults    0       0
    sysfs           /sys            sysfs   defaults    0       0
    tmpfs           /var            tmpfs   defaults    0       0
    tmpfs           /tmp            tmpfs   defaults    0       0
    tmpfs           /dev            tmpfs   defaults    0       0

• 上面幾欄分別代表要掛載的設(shè)備、掛載的地點（目錄）、按什么類型掛載、選項
• 其實這些都是虛擬文件系統(tǒng)，具體和驅(qū)動有關(guān)

7.添加/etc/sysconfig/HOSTNAME和/etc/profile

• /etc/sysconfig/HOSTNAME是系統(tǒng)初始化程序rcS讀取的一個配置文件，里面是用戶的名字
• /etc/profile是一個腳本程序，被busybox調(diào)用，它可以在控制臺中顯示用戶的名字，如圖：
  
  
• 手動創(chuàng)建這兩個文件，往HOSTNAME中寫用戶名，往profile中填充：

   # Ash profile
   # vim: syntax=sh

   # No core files by default
   ulimit -S -c 0 > /dev/null 2>&1

   USER="`id -un`"
   LOGNAME=$USER
   PS1='[\u@\h \W]\# '
   PATH=$PATH

   HOSTNAME=`/bin/hostname`

   export USER LOGNAME PS1 PATH

8.添加/proc、/sys、/tmp、/var、/dev

這些目錄都將作為系統(tǒng)的虛擬文件系統(tǒng)的掛載點，自己手動創(chuàng)建即可，busybox的mount -a 指令會根據(jù)/etc/fstab文件自動掛載虛擬文件系統(tǒng)到這些目錄

• /proc的作用是展示內(nèi)核運行時的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們將以文件的方式呈現(xiàn)在/proc中，開發(fā)者可以通過觀察其中的文件來了解內(nèi)核的運行信息。虛擬文件的內(nèi)容都是動態(tài)創(chuàng)建的，它們并非完全是只讀的，前面介紹的寫/proc/sys/kernel/printk 可以改變 printk的打印級別
• /sys的作用和/proc完全相同，它是/proc的升級版本，里面的虛擬文件基本都可以讀寫

9.（可選）添加/etc/passwd、/etc/shadow

這兩個文件內(nèi)部配置了用戶和密碼相關(guān)的設(shè)置，一般的嵌入式系統(tǒng)用不到這個功能。如果需要使用可以在網(wǎng)上搜索這兩個文件的格式

10.添加/lib

在主機中交叉編譯出來的應(yīng)用程序若使用了靜態(tài)鏈接庫，則可以直接在開發(fā)板上跑。而使用了動態(tài)鏈接的則不行，因為執(zhí)行時在需要開發(fā)板上加載庫文件。所以在rootfs中添加動態(tài)鏈接庫文件是必不可少的

• 首先·要獲取庫文件，一般來說在交叉編譯工具鏈中是有提供的。我們用的arm-2009q3工具鏈的動態(tài)鏈接庫在/usr/local/arm/arm-2009q3/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib目錄下。其他的一些交叉編譯工具鏈中動態(tài)鏈接庫的目錄不一定在這里，要去找一下。找的方法就是find
• 復(fù)制動態(tài)鏈接庫到roots/lib目錄下。復(fù)制時要注意參數(shù)用-rdf，主要目的就是符號鏈接復(fù)制過來還是符號鏈接
• （可選）當(dāng)使用norflash，空間不足時，我們可以裁剪動態(tài)鏈接庫中的調(diào)試符號信息。裁剪的方法是使用交叉編譯工具鏈中的arm-none-linux-gnueabi-strip工具，我們在lib目錄下輸入arm-none-linux-gnueabi-strip *so*，把所有名字中的含有so的庫文件都裁剪掉他們的調(diào)試符號信息。裁完發(fā)現(xiàn)lib文件夾大小由3.8mb縮為了3.0mb，而zImage一共也才3.5mb，可見裁掉的這些空間非常可觀