使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

写在开头:

本来是想使用linux kernel +busybox 制作一个教程的,后来快要结束的时候,死活找不到硬盘,我了解很多文章都有类似的,但是没有谈到硬盘找不到问题,最后历经艰辛,终于把问题解决了,成功启动一个赶紧的的linux 小系统。

目的:

了解linux的启动过程

主要内容:

1. grub 是启动程序的bootloader

2. linux-kernel 是linux的开源内核

3. busybox 是linux的工具集合

启动顺序:

grub-> bzimage > initrd > init > chroot sbin/init (从内存镜像转换车工rootfs)> /etc/inittab > fstab>etc/init.d/rcS

实验环境:

操作系统(编译使用): CentOS 7.4

Kernel 版本 :5.5.2

1. 编译linux kernel

1) 下载及解压:

https://www.kernel.org/

目前最新版本5.5.2

https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.5.2.tar.xz

复制文件到 /usr/src/linux-5.5.2.tar.xz

解压 tar -xvf linux-5.5.2.tar.xz

2)编译linux kernel:

yum install ncusres-devel # 按照需要编译的一些包cd /usr/src/linux-5.5.2  # 切换到linux源代码目录make menuconfig   #配置内核编译内容,配置一些信息 ,由于是演示,默认就可以了make -j4 #执行多cpu方式编译midir /usr/src/modulesmake modules_install INSTALL_MOD_PATH=/usr/src/modules #将modules安装在这里

2. 编译busybox

1) 下载及解压:

https://busybox.net/

目前最新版本1.31.1

https://busybox.net/downloads/busybox-1.31.1.tar.bz2

复制文件到 /usr/src/busybox-1.31.1.tar.bz2

解压 tar -jxvf busybox-1.31.1.tar.bz2

2) 编译busybox

yum install glibc-static # 按照需要编译的静态库包 cd /usr/src/busybox-1.31.1 # 切换到busybox源代码目录 make menuconfig # 配置 Settings->Build Options->Build static binary make install

3. 根据busybox 制作initrd.gz文件

make /usr/src/initrd # 创建初始化目录 cd /usr/src/initrd # 进入工作目录 cp /usr/src/busybox-1.31.1/_install/* -a . #复制所有busybox文件 mkdirprocsysmnt/sysrootdevtmpetc-pv #创建必要的目录 mknod dev/console c 5 1 # 创建console设备 mknod dev/null c 1 3 # 创建null设备rm linuxrc # 删除软连接,这个文件没啥用看着不舒服而已 touch init # 创建init 引导程,具体内容见下面信息 chmod +x init # 设置可运行程序find . | cpio -H newc --quiet -o | gzip -9 > /usr/src/initrd.gz #打包initrd

init 文件内容:

#!/bin/shecho "Mounting proc and sys..."  #下面两句有顺序问题,特别奇怪,具体没有深入研究mount -t sysfs sysfs /sysmount -t proc proc /proc   echo "Detect and export hardware infomation..."mdev -s  echo "Mount real rootfs to /mnt/sysroot..."mount -t ext4 -o ro /dev/sda2 /mnt/sysroot  echo "Switch to real rootfs..."exec chroot /mnt/sysroot /sbin/init

4. 根据linux kernel 编译输出整理成 vmlinuz

cp /usr/src/linux-5.5.2/arch/x86/boot/bzImage /usr/src/vmlinuz #复制内核

5. 根据busybox 制作rootfs 系统真正的linux目录

make /usr/src/sysroot #创建工作目录cd sysroot #进入工作目录cp /usr/src/busybox-1.31.1/_install/* -a . #复制所有busybox文件rm linuxrc # 删除软连接,这个文件没啥用看着不舒服而已# 创建目录mkdir dev var sys mnt etc proc lib home tmp root bootmkdir var/{log,run,lock}mkdir lib/modulesmknod dev/console c 5 1 # 创建console设备mknod dev/null c 1 3 # 创建null设备vim etc/inittab #创建rootfs启动文件,内容见下图vim etc/init.d/rcS #创建启动脚本chmod +x rcSvim etc/fstab #当执行mount -a 的时候就会执行这个文件里的挂载

inittab 文件内容:

::sysinit:/etc/init.d/rcS::askfirst:-/bin/sh::ctrlaltdel:/sbin/reboot::shutdown:/bin/umount -a -r::restart:/sbin/init

rcS 文件内容:

#!/bin/shecho -e "Welcome To My Linux"echo "Remount the rootfs..."mount -t ext4 -o remount,rw /dev/sda2 /echo "Detect and export hardware infomation..."mdev -secho "Mount the other filesystem...fstab"mount -a

fstab

# device        mount-point             type    options       dump fscksysfs           /sys                    sysfs   defaults        0   0  proc            /proc                   proc    defaults        0   0  /dev/sda1       /boot                   ext4    defaults        0   0  /dev/sda2       /                       ext4    defaults        1   1  

6. 经过上面的步骤已经实现了 vmlinuz(linux 内核) initrd.gz(内存系统盘) sysroot (真正的linux rootfs系统) 都已经准备好了,接下来开始准备一块磁盘。

通过virtual box 创建一块sata磁盘10G 并分成两个区.

[root@centos ~]# lsblkNAME        MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINTsda           8:0    0  100G  0 disk ├─sda1        8:1    0    1G  0 part /boot└─sda2        8:2    0   99G  0 part   ├─cl-root 253:0    0   50G  0 lvm  /  ├─cl-swap 253:1    0    2G  0 lvm  [SWAP]  └─cl-home 253:2    0   47G  0 lvm  /homesdb           8:16   0   10G  0 disk sr0          11:0    1 1024M  0 rom###############################################[root@centos ~]# fdisk /dev/sdb  #开始格式化Welcome to fdisk (util-linux 2.23.2).Changes will remain in memory only, until you decide to write them.Be careful before using the write command.Device does not contain a recognized partition tableBuilding a new DOS disklabel with disk identifier 0x3f5d5436.Command (m for help): nPartition type:   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)   e   extendedSelect (default p): pPartition number (1-4, default 1): 1First sector (2048-20971519, default 2048): 2048Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-20971519, default 20971519): +5GPartition 1 of type Linux and of size 5 GiB is setCommand (m for help): nPartition type:   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)   e   extendedSelect (default p): pPartition number (2-4, default 2): First sector (10487808-20971519, default 10487808): Using default value 10487808Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (10487808-20971519, default 20971519): Using default value 20971519Partition 2 of type Linux and of size 5 GiB is setCommand (m for help): pDisk /dev/sdb: 10.7 GB, 10737418240 bytes, 20971520 sectorsUnits = sectors of 1 * 512 = 512 bytesSector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytesI/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytesDisk label type: dosDisk identifier: 0x3f5d5436   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System/dev/sdb1            2048    10487807     5242880   83  Linux/dev/sdb2        10487808    20971519     5241856   83  LinuxCommand (m for help): wThe partition table has been altered!Calling ioctl() to re-read partition table.Syncing disks.[root@centos ~]# 

开始挂载分好区的盘,并将文件复制到这两分区中,第一个分区定义为boot,第二个分区定义为sysroot ;

mkdir /mnt/boot /mnt/sysroot # 在centos系统上创建两个目录[root@centos src]# lsblk  # 查看刚刚分好区的sdb 盘NAME        MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINTsda           8:0    0  100G  0 disk ├─sda1        8:1    0    1G  0 part /boot└─sda2        8:2    0   99G  0 part   ├─cl-root 253:0    0   50G  0 lvm  /  ├─cl-swap 253:1    0    2G  0 lvm  [SWAP]  └─cl-home 253:2    0   47G  0 lvm  /homesdb           8:16   0   10G  0 disk ├─sdb1        8:17   0    5G  0 part └─sdb2        8:18   0    5G  0 part sr0          11:0    1 1024M  0 rom [root@centos mnt]# mkfs.ext4 /dev/sdb1 #创建文件系统格式mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)Filesystem label=OS type: LinuxBlock size=4096 (log=2)Fragment size=4096 (log=2)Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks327680 inodes, 1310720 blocks65536 blocks (5.00%) reserved for the super userFirst data block=0Maximum filesystem blocks=134217728040 block groups32768 blocks per group, 32768 fragments per group8192 inodes per groupSuperblock backups stored on blocks: 32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736Allocating group tables: done                            Writing inode tables: done                            Creating journal (32768 blocks): doneWriting superblocks and filesystem accounting information: done [root@centos mnt]# mkfs.ext4 /dev/sdb2mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)Filesystem label=OS type: LinuxBlock size=4096 (log=2)Fragment size=4096 (log=2)Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks327680 inodes, 1310464 blocks65523 blocks (5.00%) reserved for the super userFirst data block=0Maximum filesystem blocks=134217728040 block groups32768 blocks per group, 32768 fragments per group8192 inodes per groupSuperblock backups stored on blocks: 32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736Allocating group tables: done                            Writing inode tables: done                            Creating journal (32768 blocks): doneWriting superblocks and filesystem accounting information: done [root@centos mnt]# blkid/dev/sda1: UUID="cbf299b0-d76d-4efe-8643-c900502683d4" TYPE="xfs" /dev/sda2: UUID="L416ib-7Z3D-rtXt-FqTb-ChsW-j6zH-heeuF2" TYPE="LVM2_member" /dev/mapper/cl-root: UUID="12c02980-3012-4884-8a7d-437195398fdb" TYPE="xfs" /dev/mapper/cl-swap: UUID="c4ea26e2-7424-4a52-aa34-8d9fb4f3fbd2" TYPE="swap" /dev/mapper/cl-home: UUID="7be941f2-fcf6-44b7-b673-f999f1c876b0" TYPE="xfs" /dev/sdb1: UUID="78df7716-e32f-421e-a756-8fe89407e9ec" TYPE="ext4" /dev/sdb2: UUID="c905f4d2-ae58-41f8-85e6-69d1f0237ad2" TYPE="ext4" [root@centos mnt]# [root@centos mnt]# mount /dev/sdb1 /mnt/boot[root@centos mnt]# mount /dev/sdb2 /mnt/sysroot[root@centos mnt]# df -hFilesystem           Size  Used Avail Use% Mounted on/dev/mapper/cl-root   50G   27G   24G  53% /devtmpfs             910M     0  910M   0% /devtmpfs                920M     0  920M   0% /dev/shmtmpfs                920M  8.5M  912M   1% /runtmpfs                920M     0  920M   0% /sys/fs/cgroup/dev/sda1           1014M  185M  830M  19% /boot/dev/mapper/cl-home   47G   33M   47G   1% /hometmpfs                184M     0  184M   0% /run/user/0/dev/sdb1            4.8G   20M  4.6G   1% /mnt/boot/dev/sdb2            4.8G   20M  4.6G   1% /mnt/sysroot

开始复制之前编译好的文件

cp /usr/src/vmlinuz /mnt/boot/  #linux kernelcp /usr/src/initrd.gz /mnt/boot/ #ramdisk 内存镜像(来自于busybox改造)cp -a /usr/src/sysroot/* /mnt/sysroot/ #系统目录集合(来自于busybox改造)[root@centos /]# tree mnt -L 2mnt├── boot│   ├── initrd.gz│   └── vmlinuz└── sysroot    ├── bin    ├── boot    ├── dev    ├── etc    ├── home    ├── lib    ├── mnt    ├── proc    ├── root    ├── sbin    ├── sys    ├── tmp    ├── usr    └── var

7. 安装grub引导程序到sdb1中

yum install grub2-install #由于centos7以后采用的是grub2 所以直接安装了这个[root@centos mnt]# grub2-install --boot-directory=/mnt/boot /dev/sdb #安装到boot目录下Installing for i386-pc platform.Installation finished. No error reported.[root@centos boot]# lltotal 9248drwxr-xr-x. 5 root root    4096 Feb  6 08:25 grub2-rw-r--r--. 1 root root 1484989 Feb  6 08:03 initrd.gz-rw-r--r--. 1 root root 7975904 Feb  6 08:04 vmlinuz[root@centos boot]#grub2-mkconfig -o /mnt/boot/grub2/grub.cfg #为了方便我采用了先根据系统自动生成,然后再编辑这个文件[root@centos boot]# vim /mnt/boot/grub2/grub.cfg #编辑内容见下图,去掉很多用不到的内容

grub.cfg 文件内容,仅仅保留了几个核心的信息

# relay displayset timeout=5# entrymenuentry 'My Linux' {        insmod gzio        insmod part_msdos        insmod xfs        set root='hd0,msdos1'        linux16 /vmlinuz root=/dev/sda2         initrd16 /initrd.gz}

8. 通过virtual 将刚刚创建的虚拟硬盘加载进来,并启动虚拟机。。。开始见证奇迹的时候。

使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

欢迎界面出现,成功引导系统。

使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

出错啦

估计猜测分析:

由于系统启动的时候需要挂载/dev/sda2 这块真正的rootfs 系统,可是在加载内存镜像initrd.gz 后,想启动挂载rootfs的时候,找不到硬盘分区了。

这里有个我们打包的时候,在涉及 第三方模块如ext4 驱动的时候,是没有打包到内核中的,但是默认是支持扩展挂载的,所以采用修改initrd.gz 这个文件,这个时候就需要用到modules了(前面只是生成了,还没有用到,所以需要先把这个modules打包进initrd.gz中,让他能找到ext4驱动)

同时也顺便把rootfs 的目录中也一并处理成镜像的样子。

sysroot 和initrd 两个目录一样操作:

cd /mnt/sysrootcp -a /usr/src/modules/lib usr/ #复制modules进入这个文件夹mkdir usr/lib64 #创建空文件夹,只是为了规范一点ln -s usr/lib64 lib64ln -s usr/lib lib#initrd 同样操作cd /usr/src/initrdcp -a /usr/src/modules/lib usr/ #复制modules进入这个文件夹mkdir usr/lib64 #创建空文件夹,只是为了规范一点ln -s usr/lib64 lib64ln -s usr/lib lib# 重新生成initrd.gz 由于模块我没有精简所以耗时比较久find . | cpio -H newc --quiet -o | gzip -9 > /usr/src/initrd.gz# 替换 旧的initrd.gzcp initrd.gz /mnt/boot/

通过修改init文件,我虽然进去了镜像系统,但是由于始终没有找到硬盘,导致rootfs没有能进入,也请各位大神帮忙解开这个结,我不知道哪里出了问题。

开始修改 init 不进行rootfs转换,直接进入内存系统:

#!/bin/shecho "Mounting proc and sys..."mount -t sysfs sysfs /sysmount -t proc proc /proc   echo "Detect and export hardware infomation..."mdev -s  exec /bin/sh把项目两句话注释掉,改成直接执行 exec /bin/sh 作为主进程echo "Mount real rootfs to /mnt/sysroot..."#mount -t ext4 -o ro /dev/sda2 /mnt/sysroot  echo "Switch to real rootfs..."# exec chroot /mnt/sysroot /sbin/init

这个时候内存系统进去了:

使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

但是根本但是在/dev/ 下根本没有sdaX的硬盘分区。

首先驱动也是有的,通过grub也是能看到的。

cat /proc/filesystems
使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

进入刚刚启动时候的grub界面,是能看到硬盘分区的:

使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

终极解决:

—硬盘找不到的问题已经解决,补充进去:

通过修改配置linux kernel 已经解决硬盘找不到的问题:

Device Drivers > SCSI device Support >SCSI Disk Support

SCSI generic support

使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

以上通过修改内核kernel配置后,重新编译覆盖/boot/vmlinuz 文件后,再次启动,终于见到了完美的结局,找到了硬盘,并且成功从内存镜像加载到了rootfs磁盘系统目录,大功告成!!!

使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

后语:

本来在做这个实验的时候,做到了内存的启动,死活不知道为啥硬盘没找到,搞了仅两天时间,没有找到原因,最终偶然的机会,我整理了下思路,既然磁盘没有找到,那应该是modules没有,但是我将所有modules加入到initrd.gz的时候发现打完包后的initrd.g又太大了,所以这种思路我就直接放弃了,我就通过重新修改linux 内核,直接将ext4相关的配置打在了镜像里面,这样文件就不大了,而硬盘找不到的原因呢,由于我采用的是virtubalbox 所以是sata硬盘的scsi ,然后我就到device driver下看了下scsi的加载与搜索情况,发现有个配置没有配置上,于是我就配置上了,并重新打包,再次启动的时候奇迹出现了,终于找到了硬盘。

写这篇文章也是在非常时期的无聊之作,希望对大家了解linux的原理有所帮助。

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