Linux作業系統分析（7）- 打造屬於自己的linux發行版

提要

         linux的啟動過程，包括BIOS的加電自檢POST，拷貝MBR的資訊（啟動BootLoader），載入核心，掛載根檔案安系統這幾大步熟悉grub的話會知道linux啟動時grub中有三項：root，kernel，initrd。其三項的作用分別是：

1.指定核心所在的目錄
2.指定核心的名稱，以及掛載根目錄的方式，還有向核心傳遞一定的參數
3.initrd實際就是個小的linux系統，在一般的系統中initrd的作用是：啟動一個很小的linux用來掛載真實的linux。

       今天的目的就是從核心開始，打造一個屬於自己的linux。

環境：Ubuntu13.04 gcc4.7.3

相關的準備工作：

核心的編譯

qemu的安裝

 製作根系統目錄1）建立init程式 首先建立一個init.c檔案，代碼如下:

#include<stdio.h>int main(){    printf("Welcome! My student No. is sa*****310.\n");    return 0;}

 靜態編譯成一個可執行檔。gcc -static -o init init.c2）建立引導根目錄映像終端運行：dd if=/dev/zero of=initrd.img bs=4096 count=1024mkfs.ext3 initrd.img
 有提示，輸入y。
關於dd

dd 是 Linux/UNIX 下的一個非常有用的命令，作用是用指定大小的塊拷貝一個檔案，並在拷貝的同時進行指定的轉換。
文法：dd [選項] 
if =輸入檔案（或裝置名稱）。 
of =輸出檔案（或裝置名稱）。 
ibs = bytes 一次讀取bytes位元組，即讀入緩衝區的位元組數。 

...

3）建立rootfs目錄，並掛載mkdir rootfs
sudo mount -o loop initrd.img rootfs

4）在rootfs中添加一些檔案將init拷貝到initrd4M.img的目標根目錄下（因為linux啟動後期會在根目錄中尋找一個應用程式來運行，在根目錄下提供init是一種可選方案）
cp init rootfs/
準備dev目錄：
sudo mkdir rootfs/dev
linux啟動過程中會啟用console裝置:
sudo mknod rootfs/dev/console c 5 1
另外需要提供一個linux根裝置，我們使用ram:
sudo mknod rootfs/dev/ram b 1 0
sudo umount rootfs
至此，一個包含簡單應用程式的根目錄initrd4M.img映像就準備好。mknod 用於製作字元或塊相關檔案

用qemu跑一下：qemu -kernel ../linux-3.9.2/arch/x86/boot/bzImage -initrd initrd.img -append "root=/dev/ram init=/init"

整合busybox

busybox簡介

           BusyBox 是一個整合了一百多個最常用linux命令和工具的軟體。BusyBox 包含了一些簡單的工具，例如ls、cat和echo等等，還包含了一些更大、更複雜的工具，例如grep、find、mount以及telnet。有些人將 BusyBox 稱為 Linux 工具裡的瑞士軍刀。簡單的說BusyBox就好像是個大工具箱，它整合壓縮了 Linux 的許多工具和命令，也包含了 Android 系統的內建的shell。
            BusyBox 將許多具有共性的小版本的UNIX工具結合到一個單一的可執行檔。這樣的集合可以替代大部分常用工具比如的GNU fileutils ， shellutils等工具，BusyBox提供了一個比較完善的環境，可以適用於任何小的或嵌入式系統。

下載源碼：http://www.busybox.net/

這裡選擇1.20穩定版。

解壓，終端進入目錄執行：

make menuconfig

勾選下面的選項：

Build Options
Build BusyBox as a static binary (no shared libs)

這個選項是一定要選擇的,這樣才能把busybox編譯成靜態連結的可執行檔,運行時才獨立於其他函數庫.否則必需要其他庫檔案才能運行,在單一個linux核心不能使他正常工作.

現在直接make的話會報錯：‘RLIMIT_FSIZE’ undeclared

論壇上的回答是沒有包含  sys/resource.h，則在include/libbb.h 中添加：

#include <sys/resource.h>

接下來執行：

#編譯busybox

make 

#安裝busybox
make install 

 

安裝好之後在檔案夾下出現一個_install檔案夾，編譯完成。

下面來整合根檔案系統。

建立一個檔案夾，終端cd進去，將之前的initrd.img拷貝進來。

#建立檔案夾

mkdir rootfs

#掛載鏡像

sudo mount -o loop initrd.img rootfs/ 

#將busybox添加進來

cd ../busybox-1.20.2/

sudo make CONFIG_PREFIX=../Opuntu/rootfs/ install

#查看rootfs中結構

cd ../Opuntu

ls rootfs

 #卸載分區

sudo umount rootfs/

運行命令時注意目錄結構！

linux的系統下的目錄都是幹嘛的？

linux下的檔案結構，看看每個檔案夾都是幹嗎用的
/bin 二進位可執行命令 
/dev 裝置特殊檔案 
/etc 系統管理和設定檔 
/etc/rc.d 啟動的設定檔和指令碼 
/home 使用者主目錄的基點，比如使用者user的主目錄就是/home/user，可以用~user表示 
/lib 標準程式設計庫，又叫動態連結共用庫，作用類似windows裡的.dll檔案 
/sbin 系統管理命令，這裡存放的是系統管理員使用的管理程式 
/tmp 公用的臨時檔案儲存體點 
/root 系統管理員的主目錄（呵呵，特權階級） 
/mnt 系統提供這個目錄是讓使用者臨時掛載其他的檔案系統。 

...

最後產生的 initrd.img檔案就是根檔案系統了！

#qemu測試

qemu -kernel ../linux-3.9.2/arch/x86/boot/bzImage -initrd initrd.img -append "root=/dev/ram init=/bin/sh"

裝載好之後可以在qemu中運行busybox的命令，效果如下：

整合grub

關於Grub

        GNU GRUB（簡稱“GRUB”）是一個來自GNU項目的多作業系統啟動程式。GRUB是多啟動規範的實現，它允許使用者可以在電腦內同時擁有多個作業系統，並在電腦啟動時選擇希望啟動並執行作業系統。GRUB可用於選擇作業系統分區上的不同核心，也可用於向這些核心傳遞啟動參數。

首先來測試一下grub.

從ftp://alpha.gnu.org/gnu/grub/下載GRUB Legacy的最後一個版本0.97的編譯好的檔案grub-0.97-i386-pc.tar.gz.

解壓之後中端cd進去，執行下面的命令。

#建立磁碟片映像：
dd if=/dev/zero of=boot.img bs=512 count=2880
#在boot.img中安裝grub：
sudo losetup /dev/loop0 boot.img
sudo dd if=./grub-0.97-i386-pc/boot/grub/stage1 of=/dev/loop0 bs=512 count=1
sudo dd if=./grub-0.97-i386-pc/boot/grub/stage2 of=/dev/loop0 bs=512 seek=1
sudo losetup -d /dev/loop0

在qemu中測試是否可以進入grub

qemu -fda boot.img

OK.

接下來將grub，kernel，busybox一起整合，離勝利只還有一步 - - 。

先你自己發行版取一個庫一些的名字，比如Opuntu...(Opensuse+ubuntu),建立一個以它命名的檔案夾。

#拷貝boot.img到目前的目錄

sudo cp ../grub-0.97-i386-pc/boot.img ./

#建立rootfs檔案夾

mkdir rootfs

#建立一個32M的磁碟鏡像檔案
dd if=/dev/zero of=/dev/zero of=Opuntu.img bs=4096 count=8192
#給磁碟映像分區
fdisk -C 16065 -H 255 -S 63 Opuntu.img

解釋：設定Opuntu.img的磁頭數為255、磁軌數為16065、扇區數為63，同時給磁碟分割。
這裡我們只分一個區，並設定該分區為引導分區。如下：

#格式化分區
sudo losetup -o 1048576 /dev/loop0 Opuntu.img

sudo mkfs.ext3 -m 0 /dev/loop0

解釋：我們把前面的2048個扇區（0~2047）作為開機磁區使用，格式化分區從第2048個扇區開始，所以1048576=2048*512

#拷貝之前做好的initrd.img和bzImage.img到rootfs

sudo mount /dev/loop0 rootfs/
sudo cp ../linux-3.9.2/arch/x86/boot/bzImage ./rootfs/
sudo cp ../rootfs/initrd.img ./rootfs/

#添加grub

sudo mkdir rootfs/boot
sudo mkdir rootfs/boot/grub

sudo cp ../grub-0.97-i386-pc/boot/grub/* ./rootfs/boot/grub
sudo vi ./rootfs/boot/grub/menu.lst

內容：

default 0timeout 30title linux on 32M.imgroot (hd0,0)kernel (hd0,0)/bzImage root=/dev/ram init=/bin/ashinitrd (hd0,0)/initrd.img

#卸載磁碟鏡像

sudo umount rootfs
sudo losetup -d /dev/loop0

#利用grub啟動磁碟片，在硬碟映像上添加grub功能
qemu -boot a -fda boot.img -hda Opuntu.img

執行圖中的兩步（注意空格）：

運行成功之後，Opuntu.img就是我們的最終成果了，整合了busybox,grub,linux kernel3.92!

qemu -hda Opuntu.img

用qemu跑起來：

參考：

鳥哥私房菜 第二十二章：開關機流程與loader

製作可用grub引導Linux系統的磁碟映像檔案 - http://blog.sina.com.cn/s/blog_70dd169101013gcw.html

詳細講解Linux啟動流程及啟動用到的設定檔及指令碼 - http://guodayong.blog.51cto.com/263451/1168731