如何定制Linux外围文件系统?

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作者:我是乖宝宝哦

一般来说,我们所说的Linux系统指的是各种基于Linux KernelGNU 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binsbin目录,向其中添加bashlsrmcpmvechocatless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/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.sysinitremount\_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

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。

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。下一篇我们再造个轮子——进行Linux内核的裁剪。真机效果也将在下篇看到。

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