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如何定制Linux外围文件系统?

一般来说,我们所说的 Linux系统 指的是各种基于 Linux Kernel 和 GNU Project 的操作系统发行版。

作者:我是乖宝宝哦来源:腾讯云社区|2019-01-29 10:43

一般来说,我们所说的 Linux系统 指的是各种基于 Linux Kernel 和 GNU Project 的操作系统发行版。为了掌握 Linux 操作系统的使用,了解 Linux 操作系统的运作过程,理解内核与外围支撑系统的关系,加深对开源操作系统的认识,我决定造个轮子——自己定制一个 Linux 文件系统。

这里有两种实现方法:

  • 直接自己实现 init**\*(M1)***

加载bios 的硬件信息-> 读取MBR –>执行Grub ->加载kernel–> 加载驱动–> init –> 执行bash

  • 利用系统 /sbin/init**\*(M2)***

加载bios 的硬件信息-> 读取MBR –>执行Grub ->加载kernel–> 加载驱动–> init –> /sbin/init -> 取得run-level信息 -> /etc/rc.d/rc.sysinit -> services –> /etc/rc.d/rc.local –> mingetty –> login

我们先选择 *M1 *。

思路

  1. 利用原有系统复制必备部件到新存储器
  2. 利用 initrd.img 机制在 RAM Disk 中测试
  3. 搭配原文件内核和模块启动

Step1:获得shell版本的initrd.img

首先,我们可以写一个脚本 init ,使得内核用该文件系统启动后能够直接获得一个 Bash 。

创建脚本 init

其中: /bin 目录下是常用命令, init 是自己写的脚本, /lib64 目录下是应用程序所依赖的动态库。

init 内容

现在我们需要使用命令行,创建 bin 和 sbin 目录,向其中添加 bash 、 ls 、 rm 、 cp 、 mv 、 echo 、 cat 、 less 等基础命令。由于这些命令需要依赖 /lib64 等目录下的一些动态链接的共享库,所以需要将依赖的库拷贝到小系统对应的目录下,用 ldd 命令查询应用程序及其依赖的动态库。完成之后,执行:

find . | cpio -H newc -o | gzip > /boot/initrd.img

将根文件系统打包成 initrd.img 放到 /boot 目录下。启动时系统会自动执行 initrd.img 中的 init 。

费了这么大劲生成 initrd.img ,如何测试新建的 initrd.img 呢,需要在 grub 启动配置文件当中增加一个入口用于测试。

title CentOS 6 Mini
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64
initrd /initrd.img

这样重启之后就会出现启动选项了。

Step2:完成挂载原系统能力

为了能挂载原系统,必须在 initrd.img 中加载原系统运行所必须的驱动模块,比如 ext4 文件系统的驱动、 scsi 设备的相关驱动等, /sbin/modinfo 配合 /sbin/insmod ,驱动放到 /module

Step3:完成拥有管理设备能力(udev)

利用管理、监控主机设备的服务程序udevd来自动加载所需的驱动模块,比我们自己实现更加可靠。 udevd 的规则文件在 /lib/udev/ 目录下,配置文件在 /etc/udev/ 目录下,同时还需要 /etc/nsswitch.conf 配置的名称服务交换,其依赖的库为 /lib 目录下以 libnss 开头的文件,将上述文件拷贝到我们的目录下,然后使用 /sbin/start\_udev 命令可以启动 udevd 服务。( udevd 需要调用一些其他的系统命令,如 /sbin/modprobe ,可用 strace 进行跟踪获取)。

小系统的目录文件

其中: /dev 目录下是系统存放可用设备的目录, /log 是使用 strace 命令生成的 log 记录文件。

Step4:完成拥有login登录能力

由于 login 的机制比较复杂,涉及进程管理机制和进程组、控制台等许多方面,因此我们采用 *M2 *,将 /sbin/init 命令拷到小系统目录下, init 脚本改为

#!/bin/bash
exec /sbin/init

将控制权交给 /sbin/init 之后,系统启动时就必须等到它完成一系列调用之后,进入 login界面,用户才能重新获得控制权。

/sbin/init 的过程大致分为三块:第一块是udevd加载驱动模块、文件系统检查和根切换,相关配置在 /etc/rc.sysinit 中;第二块是启动各项服务,相关配置在 /etc/rc.d/ 目录下;第三块是登录部分,需要调用 /sbin/mingetty 和 /bin/login 等命令。将上述所涉及的命令及文件拷贝到小系统对应的目录下,并对配置进行修改。

由于小系统启动之后 initrd.img 作为临时根文件系统直接在内存中运行,而我们小系统不需要进行根切换,故将 /etc/rc.sysinit 中 remount\_needed() 函数体注释掉,这样就不会根切换了。

由于系统采用了全新的 Upstart 启动方式( /sbin/init 程序已经改由 upstart 软件包提供),将与 Upstart 启动相关的配置文件拷贝至小系统目录下:

/etc/inittab 配置默认运行级别
/etc/init/rcS.conf 加载rc.sysinit脚本,完成系统初始化任务
/etc/init/rc.conf 兼容脚本,负责各运行级别的调用处理
/etc/init/rcS-sulogin.conf 为单用户模式启动/sbin/sushell环境
/etc/init/control-alt-delete.conf 控制终端下的Ctrl+Alt+Del热键操作
/etc/init/start-ttys.conf 配置tty终端的开启数量、设备文件
/etc/sysconfig/init 控制tty终端的开启数量、终端颜色方案
/etc/init/tty.conf 控制tty终端的开启

将 bootmini/etc/inittab 的运行优先级改为2,那么系统启动时 /sbin/init 将执行 bootmini/etc/rc.d/rc2.d/ 目录下以 S 开头的文件,将一些不需要开启的服务文件名改为 K 开头。

在 bootmini/etc/rc.d/rc.local 文件中可以加入用户需要系统开机启动后自动执行的操作。

login 程序基于认证体系 PAM , 配置文件在 /etc/pam.d/ 目录下,相关库文件有 /lib64/security/ 及其依赖的库文件; login 还涉及用户组管理 /bin/chgrp 、 /bin/chown 、 /bin/chmod 等,保存用户名的文件 /etc/passwd 、 /etc/group ,用户密码文件为 /etc/shadow 。其他一些涉及的文件可通过 strace 来帮助分析。

可在真机上运行的完整版小系统

部分目录文件:

/etc

/bin

/sbin

/usr/bin

/usr/sbin

至此,文件系统算是可以跑了。

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