Linux操作系统分析（7）

提要

         linux的启动过程，包括BIOS的加电自检POST，拷贝MBR的信息（启动BootLoader），加载内核，挂载根文件安系统这几大步熟悉grub的话会知道linux启动时grub中有三项：root，kernel，initrd。其三项的作用分别是：

1.指定内核所在的目录
2.指定内核的名称，以及挂载根目录的方式，还有向内核传递一定的参数
3.initrd实际就是个小的linux系统，在一般的系统中initrd的作用是：启动一个很小的linux用来挂载真实的linux。

       今天的目的就是从内核开始，打造一个属于自己的linux。

环境：Ubuntu13.04 gcc4.7.3

相关的准备工作：

内核的编译

qemu的安装

 制作根系统目录

1）创建init程序 

首先创建一个init.c文件，代码如下:

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

 静态编译成一个可执行文件。

gcc -static -o init init.c

2）建立引导根目录映像

终端运行：

dd if=/dev/zero of=initrd.img bs=4096 count=1024

mkfs.ext3 initrd.img

 有提示，输入y。

关于dd

dd 是 Linux/UNIX 下的一个非常有用的命令，作用是用指定大小的块拷贝一个文件，并在拷贝的同时进行指定的转换。
语法：dd [选项] 
if =输入文件（或设备名称）。 
of =输出文件（或设备名称）。 
ibs = bytes 一次读取bytes字节，即读入缓冲区的字节数。 

...

3）创建rootfs目录，并挂载

mkdir rootfs
sudo mount -o loop initrd.img rootfs

4）在rootfs中添加一些文件

将init拷贝到initrd4M.img的目标根目录下（因为linux启动后期会在根目录中寻找一个应用程序来运行，在根目录下提供init是一种可选方案）
cp init rootfs/
准备dev目录：
sudo mkdir rootfs/dev
linux启动过程中会启用console设备:
sudo mknod rootfs/dev/console c 5 1
另外需要提供一个linux根设备，我们使用ram:
sudo mknod rootfs/dev/ram b 1 0
sudo umount rootfs
至此，一个包含简单应用程序的根目录initrd4M.img映像就准备好。

mknod 

用于制作字符或块相关文件

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简介

           BusyBox 是一个集成了一百多个最常用linux命令和工具的软件。BusyBox 包含了一些简单的工具，例如ls、cat和echo等等，还包含了一些更大、更复杂的工具，例如grep、find、mount以及telnet。有些人将 BusyBox 称为 Linux 工具里的瑞士军刀。简单的说BusyBox就好像是个大工具箱，它集成压缩了 Linux 的许多工具和命令，也包含了 Android 系统的自带的shell。
            BusyBox 将许多具有共性的小版本的UNIX工具结合到一个单一的可执行文件。这样的集合可以替代大部分常用工具比如的GNU fileutils ， shellutils等工具，BusyBox提供了一个比较完善的环境，可以适用于任何小的或嵌入式系统。

下载源码：http://www./

这里选择1.20稳定版。

解压，终端进入目录执行：

make menuconfig

勾选下面的选项：

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

这个选项是一定要选择的,这样才能把busybox编译成静态链接的可执行文件,运行时才独立于其他函数库.否则必需要其他库文件才能运行,在单一个linux内核不能使他正常工作.

现在直接make的话会报错：‘RLIMIT_FSIZE’ undeclared

论坛上的回答是没有包含  sys/resource.h，则在include/libbb.h 中添加：

#include <sys/resource.h>

接下来执行：

#编译busybox

make 

#安装busybox
make install 

 

安装好之后在文件夹下出现一个_install文件夹，编译完成。

下面来整合根文件系统。

新建一个文件夹，终端cd进去，将之前的initrd.img拷贝进来。

#创建文件夹

mkdir rootfs

#挂载镜像

sudo mount -o loop initrd.img rootfs/ 

#将busybox添加进来

cd ../busybox-1.20.2/

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

#查看rootfs中结构

cd ../Opuntu

ls rootfs

 #卸载分区

sudo umount rootfs/

运行命令时注意目录结构！

linux的系统下的目录都是干嘛的？

linux下的文件结构，看看每个文件夹都是干吗用的
/bin 二进制可执行命令 
/dev 设备特殊文件 
/etc 系统管理和配置文件 
/etc/rc.d 启动的配置文件和脚本 
/home 用户主目录的基点，比如用户user的主目录就是/home/user，可以用~user表示 
/lib 标准程序设计库，又叫动态链接共享库，作用类似windows里的.dll文件 
/sbin 系统管理命令，这里存放的是系统管理员使用的管理程序 
/tmp 公用的临时文件存储点 
/root 系统管理员的主目录（呵呵，特权阶级） 
/mnt 系统提供这个目录是让用户临时挂载其他的文件系统。 

...

最后生成的 initrd.img文件就是根文件系统了！

#qemu测试

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

装载好之后可以在qemu中运行busybox的命令，效果如下：

整合grub

关于Grub

        GNU GRUB（简称“GRUB”）是一个来自GNU项目的多操作系统启动程序。GRUB是多启动规范的实现，它允许用户可以在计算机内同时拥有多个操作系统，并在计算机启动时选择希望运行的操作系统。GRUB可用于选择操作系统分区上的不同内核，也可用于向这些内核传递启动参数。

首先来测试一下grub.

从ftp://alpha.gnu.org/gnu/grub/下载GRUB Legacy的最后一个版本0.97的编译好的文件grub-0.97-i386-pc.tar.gz.

解压之后中端cd进去，执行下面的命令。

#建立软盘映像：
dd if=/dev/zero of=boot.img bs=512 count=2880
#在boot.img中安装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中测试是否可以进入grub

qemu -fda boot.img

OK.

接下来将grub，kernel，busybox一起整合，离胜利只还有一步 - - 。

先你自己发行版取一个库一些的名字，比如Opuntu...(Opensuse+ubuntu),创建一个以它命名的文件夹。

#拷贝boot.img到当前目录

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

#创建rootfs文件夹

mkdir rootfs

#创建一个32M的磁盘镜像文件
dd if=/dev/zero of=/dev/zero of=Opuntu.img bs=4096 count=8192
#给磁盘映像分区
fdisk -C 16065 -H 255 -S 63 Opuntu.img

解释：设置Opuntu.img的磁头数为255、磁道数为16065、扇区数为63，同时给磁盘分区。
这里我们只分一个区，并设置该分区为引导分区。示意图如下：

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

sudo mkfs.ext3 -m 0 /dev/loop0

解释：我们把前面的2048个扇区（0~2047）作为引导扇区使用，格式化分区从第2048个扇区开始，所以1048576=2048*512

#拷贝之前做好的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

内容：

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

#卸载磁盘镜像

sudo umount rootfs
sudo losetup -d /dev/loop0

#利用grub启动软盘，在硬盘映像上添加grub功能
qemu -boot a -fda boot.img -hda Opuntu.img

执行图中的两步（注意空格）：

运行成功之后，Opuntu.img就是我们的最终成果了，集成了busybox,grub,linux kernel3.92!

qemu -hda Opuntu.img

用qemu跑起来：

参考：

鸟哥私房菜 第二十二章：开关机流程与loader

制作可用grub引导Linux系统的磁盘映像文件 - http://blog.sina.com.cn/s/blog_70dd169101013gcw.html

详细讲解Linux启动流程及启动用到的配置文件及脚本 - http://guodayong.blog.51cto.com/263451/1168731