构建最简单的根文件系统
本文将介绍如何构建一个最简单的根文件系统，并且初步分析内核如何执行第一个内核程序。
挂接根文件系统
在挂接根文件系统之前，需要制作根文件系统。根文件系统里面需要一些基本的命令，目录和设备文件，下面来介绍如何使用busybox来制作根文件系统。
我们都知道，init进程是系统启动后执行的第一个应用程序，根据一般的Linux应用程序配置结构，一个可执行文件通常搭配一个对于的配置文件，例如samba功能对于/etc/samba/smb.conf配置文件，nfs功能对于/dev/exports配置文件，那么init初始化功能肯定也是对于一个配置文件，这个配置文件叫做/etc/inittab.配置文件根据不同的级别，指定在不同的情况下，执行不同的应用程序。
通过Busybox自带的配置文件格式介绍，我们了解到inittab的文件格式：
Format for each entry: <id>:<runlevels>:<action>:<process>
id项 ： 每一个id会变成 /dev/id ,用作程序的输入输出文件所使用的终端设备，例如id=s3c2410_serial0，则对于终端为s3c2410_serial0
不需要终端输出的可以设置为空
runlevels项：用于启动级别的控制，在arm-linux中可省略不写。
action项： 执行应用程序执行时机，只能设置为几个有效的时机，busybox支持如下几个时间点。
Valid actions include: sysinit[系统引导时启动], respawn[只要进程一停止，该进程就重新启动], askfirst, wait[进程只阻塞运行一次], once[进程只运行一次], restart, ctrlaltdel, and shutdown.
askfirst :从名字上可以知道，该触发点是需要先向用户发出提问，看是否需要执行。
ctraltdel：当用户按下ctrl+alt+del时，内核会向init进程发起SIGINT信号，当init进程接收到此信号，会执行指定的ctrlaltdel类型的应用程序，默认执行reboot命令。
process：指定应用程序全路径
如果用户没有在根文件系统中设置/etc/inittab文件，busybox会提供一个默认的配置选项，其等效于如下配置。
busybox会按照sysinit--->wait---->once---->[respawn--->askfirst----> respawn----> askfirst—>… ]
除了busybox提供的基本linux文件框架之外，根文件系统还需要程序运行库。
有了上面的知识铺垫，下面来构建最小根文件系统，那么最小根文件系统里面应该有哪些呢？
1. /dev/console . /dev/null
2. /sbin/init ----> busybox
3. /etc/inittab 以及其中定制的应用程序
4. 运行时的C库
制作根文件系统的操作步骤：
1. 配置编译busybox
我这里选用的是busybox-1.7.0，编译步骤和编译kernel差不多，先make menuconfig，再make ，最后make install。这里面，需要注意如下几点：
如果在menuconfig中无法配置交叉编译工具，那么需要在 Makefile中修改
，指定特定的工具。
添加命令行代码补全功能： Busybox Settings--->Busybox Library Tuning---> Tab completion
是否选用静态连接： Busybox Settings ----> Build Options ----> Build Busybox as a static binary 一般都设置成动态库
是否支持热插拔：Linux System Utilities -----> mdev
然后make，执行 make CONFIG_PREFIX=../test_busybox_compile install ,千万不要直接make install，这样会覆盖PC机上面的原有的代码。安装完成后结果如下：
busybox编译的结果有bin目录，sbin目录和usr目录，根目录下面还有一个linuxrc链接文件，指向bin/busybox。查看一下所有生成的文件，他们都是链接文件，均指向/bin/busybox。这样的目录构造对于启动一个正常的linux来说还是不够的，下面继续制作。
2. 添加其他必须的文件
添加基本的设备节点，仿照当前系统的console设备节点和null设备节点，在busybox的目录下也建立对于的节点。
3. 构造自己的启动配置文件 /etc/inittab
为了简单起见，这里面只设置启动时开启shell输入。首先创建etc目录，然后执行如下操作。
4. 安装C库
将交叉编译工具链中的所有动态链接库都拷贝到busybox的安装目录中，先创建lib目录，然后执行如下操作：
本机交叉编译工具安装在/opt目录下，在拷贝C库时要注意，-d选项，这个选项使得拷贝过程中，链接文件保持文件属性不变化，否则，链接文件的内容将是所指向的全部内容，而不在是链接文件本身。
5. 制作镜像文件
根文件系统的格式一般有两种，一种是yaffs格式，这种有两类，一类是针对小页512字节的nand flash文件系统，称为yaffs1，另一类是针对大页2K的nand flash文件系统。这里根据硬件的情况，采用的是yaffs2格式的文件系统。
生成最小根文件系统镜像，然后烧写到板子上去，烧写命令如下：
tftp 0x30000000 test_busybox_compile_fs.yaffs2
nand erase root ; nand write.yaffs 0x30000000 0x00260000 $(filesize); reset
启动后显示如下:
,大功告成。
经过上述几个步骤的操作，一个最简单的根文件系统已经建立好了，此后，可以以此为基础，逐渐添加功能。
附加功能
上面制作的最小根文件系统有很多不完善的地方，在开机之后，需要自动执行一些挂载命令。
1。 创建proc目录
在/etc/inittab里面添加这句话， ::sysinit:/etc/init.d/rcS，使得开机后自动执行rcS脚本文件。
在rcS脚本文件中，添加 mount –t proc none /proc 就可以开启自动挂载proc虚拟文件系统
2. 如果需要挂载多个文件系统，推荐使用mount -a选项，这个命令会读取etc/fstab配置文件内的挂载命令。
此时，修改rcS中的文件，改成mount -a，在etc/fstab目录下创建上述文件内容。
3. 使能热插拔功能 mdev
根据Busybox中的mdev.txt中的说明，我们知道，使能mdev功能需要做如下操作：下述操作均在根文件系统跟目录
mkdir sys & mount –t sysfs sysfs /sys # mdev通过sysfs文件系统获得设备信息
mount –t tmpfs mdev /dev # 使用内存文件系统，减少对flash的读写
mkdir /dev/pts # devpts支持外部网络连接(telnet)的虚拟终端
mount –t devpts devpts /dev/pts
echo /bin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug # 设置内核热拔插事件回调程序
mdev –s #在/dev目录下，生成内核目前支持的所有设备节点
上述挂载相关的命令可以写在fstab中，其他执行命令可以写在rcS启动脚本中，最后结果如下：
fstab：
rcS：
按照上述操作进行制作烧写后，一个基本架构比较完整的根文件系统就全部建立好了。
知识介绍：mdev工作原理
执行mdev -s时，mdev扫描/sys/class 和 /sys/block中两个目录下的dev属性文件，从该dev属性文件中，获取设备编号，并以包含该dev属性文件的目录名称作为设备名，device_name。而/sys/class 和 device_name 之间的那部分目录成为subsystem，
[subsystem] [device_name] dev
例如：cat /sys/class/tty/tty0/dev 里面的内容为4：0 【major:minor】，那么subsystem为tty，device_name为tty0
mdev会根据此信息，在dev目录下创建相应的设备文件
当mdev因uevent事件（以前叫hotplug事件）被调用时，mdev通过由uevent事件传递给它的环境变量获得到两个变量，
一个是 引发该uevent事件的action
另一个是 该设备所在的device path。
mdev判断action，若是add，则表示有新设备(虚拟设备或者是物理设备)加入系统，mdev会通过设备路径下的dev属性文件获得设备编号，然后根据路径相关信息在/dev目录下建立设备节点。若动作是remove，即表示设备已从系统中移除，则删除/dev/目录下的设备节点。
由上可知，要想发挥mdev自动创建设备节点的功能，必须有三个条件。
1. 在/sys/class/的某一个subsystem下
2. 在subsystem下创建一个以设备名device_name作为名称的目录
3. 在此目录里面，包含一个dev属性文件，内容以”major:minor\n”的形式输出设备编号。
一个类class可以看成是一个容器，这个大容器里面包含并管理很多class_device，每一个class_device都对于着一个具体的设备。
优化操作：
按照上面制作出来的根文件系统，还有很多可以优化的地方，比如说，可以按照实际需要裁剪文件系统中的C库，可以使用arm-linux-strip优化lib下面的动态链接库和bin/busybox
如何执行第一个程序
1: static int noinline init_post(void)
2: {
3: free_initmem();
4: unlock_kernel();
5: mark_rodata_ro();
6: system_state = SYSTEM_RUNNING;
7: numa_default_policy();
8:
9: /*hao: open console device */
10: if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)
11: printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");
12:
13: (void) sys_dup(0); /*hao: copy an opened file num,make two file num pointed to the same file. */
14: (void) sys_dup(0); /*make 1(standard output) and 2(error output) point to 0(standard input)*/
15:
16: if (ramdisk_execute_command) {
17: run_init_process(ramdisk_execute_command);
18: printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",
19: ramdisk_execute_command);
20: }
21:
22: /*
23: * We try each of these until one succeeds.
24: *
25: * The Bourne shell can be used instead of init if we are
26: * trying to recover a really broken machine.
27: */
28: /*
29: hao: execute_command equal the bootargs named init. e.g : init=/linuxrc
30: then execute_command= = "/linuxrc
31: "*/
32: if (execute_command) {
33: run_init_process(execute_command);
34: printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s. Attempting "
35: "defaults...\n", execute_command);
36: }
37:
38: /*hao: if we don't define init cmd, then we call /sbin/init to start system. */
39: run_init_process("/sbin/init");
40: run_init_process("/etc/init");
41: run_init_process("/bin/init");
42: run_init_process("/bin/sh");
43:
44: panic("No init found. Try passing init= option to kernel.");
45: }
在内核启动的后面，执行init_post，里面会打开一个终端设备(这里指的是/dev/console),然后将标准输出文件和错误输出文件指向标准输入文件所指向的console设备中去。
ramdisk_execute_command为uboot传给kernel的rdinit参数,这里为空，所以ramdisk_execute_command也为空。
execute_command为uboot传给kernel的init参数，这里为/linuxrc，所以execute_command=linuxrc。
如果uboot没有定义rdinit和init参数，那么kernel会搜索并依此执行/sbin/init,/etc/init…直到某一个程序执行成功，如果都没有找到，则会显示kernel panic，打印对应的提示信息。
参考链接：
