制作 Linux 根文件系统

使用 Ubuntu Server 镜像

通过下面方式将 Ubuntu Server 系统安装到镜像文件中：

qemu-img create -q -f qcow2 ubuntu.img 10G

下面命令安装的时候，注意文件系统应该去掉 LVM 勾选。

sudo qemu-system-x86_64 -m 2048 -cdrom ubuntu-22.04.2-live-server-amd64.iso --enable-kvm ubuntu.img

尝试简单启动该镜像：

sudo qemu-system-x86_64 -m 2048 --enable-kvm ubuntu.img

启动参数大概如下：

qemu-system-x86_64 -smp 2 -m 2048 \
	-kernel linux/arch/x86_64/boot/bzImage \
	-hda ubuntu.img \
	-append "root=/dev/sda2 rw console=ttyS0" \
	-enable-kvm \
	-nographic \
 	-serial mon:stdio \

NOTICE - 调试的时候应该去掉 -enable-kvm 选项，才能正常打断点。

参考：

https://stackoverflow.com/questions/65951475/how-to-use-custom-image-kernel-for-ubuntu-in-qemu

使用Busybox制作

包括的组件有：Init程序和基本的shell工具（Busybox）、SSH工具（Dropbbear）
敬请期待，可参考如下：

使用buildroot制作

buildroot简介

Buildroot是Linux平台上一个构建嵌入式Linux系统的框架。整个Buildroot是由Makefile(*.mk)脚本和Kconfig(Config.in)配置文件构成的，因此可以像配置Linux内核一样执行make menuconfig进行配置，编译出一个完整的、可以直接烧写到机器上运行的Linux系统文件（包含bootloader、kernel、rootfs以及rootfs中的各种库和应用程序）。

使用方式

到https://buildroot.uclibc.org/下载源码。

配置

在configs目录下有一些默认的配置，比如qemu_aarch64_virt_defconfig，将其拷贝到 buildroot 的目录下，重命名为.config，然后执行如下：

make menuconfig

设置好大小端：一般在Target options里面选择Arm小端。

可选配置：
（1）默认的配置中编译了Linux内核源码，如果不需要就在make menuconfig中将其关掉。

Kernel -->

（2）可以生成对应的文件系统格式，比如ext2，默认是一个tar包。

Filesystem images -->

编译

make -j $(nproc)

选项配置

Target options：机器类型和二进制文件格式

Target options  ---> 
    Target Architecture (ARM (little endian))  --->  //目标处理器的架构和大小端模式 [ARM (little endian)]
    Target Binary Format (ELF)  --->                 //目标二进制格式 [ELF]
    Target Architecture Variant (cortex-A7)  --->    //目标处理器核心类型 [cortex-A7]
    Target ABI (EABIhf)  --->                        //目标应用程序二进制接口(Application Binary Interface) [EABIhf] ①
    Floating point strategy (NEON/VFPv4)  --->       //浮点运算策略 [NEON/VFPv4] ②
    ARM instruction set (ARM)  --->

构建选项

Build options  --->  
        Commands  --->                                           //指定下载、解压命令参数选项 
            (wget --passive-ftp -nd -t 3) Wget command //用于常规FTP/HTTP下载压缩包 [被动传输模式;不创建目录;超时重试次数为3]
            (svn --non-interactive) Subversion (svn) command     //通过SSH下载压缩包 [禁用所有交互式提示]
            (bzr) Bazaar (bzr) command                           //版本控制工具Bazaa
            (git) Git command                                    //版本控制工具Git
            (cvs) CVS command                                    //版本控制工具CVS
            (cp) Local files retrieval command                   //本地文件拷贝命令
            (scp) Secure copy (scp) command                      //基于ssh的安全的远程文件拷贝命令
            (hg) Mercurial (hg) command                          //版本控制工具hg
            (gzip -d -c) zcat command                            //zip包解压缩查看 [解压zip文件 解压到指定路径，源文件不消失]
            (bzcat) bzcat command                                //bz2包解压缩查看
            (xzcat) xzcat command                                //xz包解压缩查看
            (lzip -d -c) lzcat command                           //lz包解压缩查看
            ()  Tar options                                      //bz2包解压缩查看
    (/home/hceng/imx6ul_buildroot/configs/imx6ulevk_defconfig) Location to save buildroot config  //指定配置文件保存路径
    ($(TOPDIR)/dl) Download dir                                  //指定文件下载保存路径  [./dl/]
    ($(BASE_DIR)/host) Host dir                                  //指定主机编译所需工具安装目录 [./output/host]
        Mirrors and Download locations  --->                     //镜像和下载位置
            ()  Primary download site
            (http://sources.buildroot.net) Backup download site
            (https://cdn.kernel.org/pub) Kernel.org mirror
            (http://ftpmirror.gnu.org) GNU Software mirror
            (http://rocks.moonscript.org) LuaRocks mirror
            (http://cpan.metacpan.org) CPAN mirror (Perl packages)
    (0) Number of jobs to run simultaneously (0 for auto)         //指定编译时运行的CPU核心数 [0自动]
    [ ] Enable compiler cache                                     //使能编译器缓存
    [ ] build packages with debugging symbols                     //启用带调试编译软件包
    [*] strip target binaries                         //binaries和libraries在打包到target目录的时候会被strip命令裁减掉调试信息
    ()    executables that should not be stripped                 //剥离时跳过可执行文件
    ()    directories that should be skipped when stripping       //剥离时跳过的目录
        gcc optimization level (optimize for size)  --->          //GCC优化等级 [优化大小]
    [ ] Enable google-breakpad support                            //启动崩溃日志收集
        libraries (shared only)  --->                             //库类型 [只共享库]
    ($(CONFIG_DIR)/local.mk) location of a package override file  //包覆盖文件的位置
    ()  global patch directories                                  //全局补丁目录
        Advanced  --->
            [*] paranoid check of library/header paths            //检查库/头文件路径
            [ ] Force the building of host dependencies           //强制构建主机依赖
            [ ] Make the build reproducible (experimental)        //构建可重复(实验)
        *** Security Hardening Options ***                        //安全加固选项
        Stack Smashing Protection (None)  --->                    //堆栈粉碎保护 [无]
        RELRO Protection (None)  --->                             //RELRO只读重定位(Relocation Read Only)保护 [无]
        Buffer-overflow Detection (FORTIFY_SOURCE) (None)  --->   //缓冲区溢出检测(强制源) [无]

工具链

Toolchain  --->   
        Toolchain type (External toolchain)  --->                 //工具链类型 [外部工具链]
        *** Toolchain External Options ***                        //外部工具链选项
        Toolchain (Custom toolchain)  --->                        //工具链 [自定义工具链]
        Toolchain origin (Toolchain to be downloaded and installed)  --->  //工具链来源 [工具链将被下载安装]
    (https://releases.linaro.org/……) Toolchain URL                //工具链下载链接 ①
    (bin) Toolchain relative binary path                          //工具链二进制文件相对路径 [bin目录]
    ($(ARCH)-linux-gnueabihf) Toolchain prefix                    //工具链前缀 [arm-linux-gnueabihf]
        External toolchain gcc version (6.x)  --->                //外部工具链GCC版本 [6.x]
        External toolchain kernel headers series (4.6.x)  --->    //外部工具链内核头文件系列 [4.6.x]
        External toolchain C library (glibc/eglibc)  --->         //外部工具链C库 [glibc/eglibc] ②
    [*] Toolchain has SSP support?                                //工具链是否支持SSP? ③
    [*] Toolchain has RPC support?                                //工具链是否支持RPC? ④
    [*] Toolchain has C++ support?                                //工具链是否支持C++?
    [*] Toolchain has Fortran support?                            //工具链是否支持Fortran? (一种编程语言)
    ()  Extra toolchain libraries to be copied to target          //复制额外工具链库到目标
    [ ] Copy gdb server to the Target                             //复制GDB服务到目标
        *** Host GDB Options ***                                  //主机GDB选项
    [ ] Build cross gdb for the host                              //为主机交叉编译GDB
        *** Toolchain Generic Options ***                         //工具链通用选项
    [ ] Copy gconv libraries                                      //复制gconv库 (gconv库用于在不同的字符集之间进行转换)
    [ ] Enable WCHAR support                                // python等语言需要开启此项
    [*] Enable MMU support                                        //使能MMU支持
    ()  Target Optimizations                                      //目标优化 (需设置前面的GCC优化等级)
    ()  Target linker options                                     //目标链接器选项 (构建目标时传递给链接器的额外选项)
    [ ] Register toolchain within Eclipse Buildroot plug-in       //在Eclipse Buildroot插件中注册工具链

系统配置选项

System configuration  --->  系统配置
        Root FS skeleton (default target skeleton)  --->          //根文件系统框架 [典型目标框架]
    (ebf6ull) System hostname                                     //系统主机名字(自取任意) [ebf6ull]
    (Welcome to ixm6ull Buildroot!) System banner                 //系统开机提示 [Welcome to ixm6ull Buildroot!]
        Passwords encoding (sha-256)  --->                        //密码编码 [sha-256]
        Init system (systemV)  --->                               //初始化系统方案 [systemV]  ①
        /dev management (Dynamic using devtmpfs + eudev)  --->    //dev管理方案 [Dynamic using devtmpfs + eudev]  ②
    (system/device_table.txt) Path to the permission tables       //权限表路径 
    [ ] support extended attributes in device tables              //支持设备表中的扩展属性
    [ ] Use symlinks to /usr for /bin, /sbin and /lib             //是否将/bin,/sbin,/lib链接到/usr
    [*] Enable root login with password                           //使能root登陆密码
    ()    Root password                                           //设置root密码
        /bin/sh (bash)  --->                                      //选择shell类型 [bash] ③
    [*] Run a getty (login prompt) after boot  --->               //启动后运行getty(登录提示)--->
        (ttymxc0) TTY port                                        //设置TTY硬件端口
              Baudrate (keep kernel default)  --->                //比特率 [与内核保持一致]
        (vt100) TERM environment variable                         //TERM环境变量 (终端类型xterm、vt100)
        ()    other options to pass to getty                      //传递给getty的其他选项
    [*] remount root filesystem read-write during boot            //在引导期间安装根文件系统支持读和写
    (eth0) Network interface to configure through DHCP            //设置DHCP配置的网络接口  [eth0]
    (/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin) Set the system's default PATH //设置系统的默认路径  
    [*] Purge unwanted locales                                    //清除不需要的区域设置
    (C en_US) Locales to keep                                     //要保留的语言环境
    ()  Generate locale data                                      //生成区域设置数据
    [ ] Enable Native Language Support (NLS)                      //启用本地语言支持（NLS）
    -*- Install timezone info                                     //安装时区信息
    (default) timezone list                                       //时区清单 [典型]
    (Etc/UTC) default local time                                  //用户表的路径
    ()  Path to the users tables
    (board/hceng/nxp-imx6ull/rootfs-overlay) Root filesystem overlay directories //根文件系统覆盖目录
    ()  Custom scripts to run before creating filesystem images //在创建文件系统映像之前运行的自定义脚本
    ()  Custom scripts to run inside the fakeroot environment //自定义脚本在fakeroot(模拟root权限)环境中运行
    (board/……) Custom scripts to run after creating filesystem images //创建文件系统映像后运行的自定义脚本 ④
    ()    Extra arguments passed to custom scripts //传递给自定义脚本的额外参数

①：可选选项有BusyBox、systemV、systemd、None：
BusyBox init:

不支持运行等级，设置的运行等级将被忽略，要使用运行等级，请使用sysvinit;
语法格式：：::

<id>：process执行所在的tty设备，内容为/dev目录中tty设备的文件名;
<runlevels>：此字段完全被忽略;
<action>：支持sysinit、respawn、askfirst、wait、once、restart、ctrlaltdel、shutdown;
<process>：指定要执行的进程及其命令行;

BusyBox init程序将在启动时读取/etc/inittab文件，以了解该做什么，默认inittab存储在./package/busybox/inittab;
inittab除了安装几个重要的文件系统之外，还要启动/etc/init.d/rcS中的shell脚本，并启动一个getty程序(提供一个登录提示);

systemV:

使用传统sysvinit程序，之前大多数台式机Linux发行版都使用该方案，现在有些变为了Upstart或Systemd;
在/ect目录下会生成init.d、rc0.d、rc1.d、rc2.d、rc3.d、rc4.d、rc5.d、rc6.d、rc.loacl;

init.d里面包含的是真正的服务脚本;
rcN.d里面是链接向init.d里脚本的软链接，N表示运行级别，进入哪个运行级别，就会执行对应rcN.d文件夹的脚本;
当所有的当前运行级别的脚本都运行完了之后，会运行rc.local;

脚本的命名规则：以[S|K]+NN+其它，以S开头的是启动脚本，以K开头的是停止脚本，init进程会按照S或者K后面的数字的顺序来启动或停止服务;
sysvinit还使用/etc/inittab文件(与BusyBox的语法略有不同)，默认inittab存储在./package/sysvinit/inittab;

systemd:

systemd是Linux的新一代init系统，以前的运行级别(runlevel)的概念被新的运行目标(target)所取代;
支持并行化任务;采用socket式与D-Bus总线式激活服务;按需启动守护进程(daemon);支持快照和系统恢复;
功能强大的同时，也带来了相当大数量的大型依赖：dbus，udev等;

②：/dev设备文件的管理方式，可选选项有四个：

Static using device table：使用静态的设备表，/dev将根据system/device_table _dev.txt的内容创建设备，进入系统添加或删除设备时，无法自动更新；
Dynamic using devtmpfs only：在系统启动过程中，会动态生成/dev文件，进入系统添加或删除设备时，无法自动更新；
Dynamic using devtmpfs + mdev：在前面devtmpfs的基础上加入mdev用户空间实用程序，进入系统添加或删除设备时，可以自动更新，自动创建规则在/etc/mdev.conf;
Dynamic using devtmpfs + eudev：在前面devtmpfs的基础上加入eudev用户空间守护程序，eudev是udev的独立版本，是Systemd的一部分，提供更多的功能也更占用资源；

③：在Linux下编写shell脚本文件时，经常会看到在第一行中标注#!/bin/bash，这句话的意思是告诉系统强制用bash，避免出现一些不兼容的问题。因此，除了bash外，还有很多shell工具，比如这里可选busybox自带的shell、小巧但功能很少的dash、高效紧凑的mksh、功能强大体积也稍大的zsh。此外，可以通过ls -l /bin/sh查看当前使用的是何种shell工具。

④：受限每行字数，该处完整路径为board/freescale/common/imx/post-image.sh。
这里是如何产生sdcard.img，用于sd卡启动的原理部分。
针对我现在imx6ull的情况，board/freescale/common/imx目录下有两个文件值得关注：genimage.cfg.template和post-image.sh。
先来看genimage.cfg.template：

# Minimal SD card image for the Freescale boards Template
#
# We mimic the .sdcard Freescale's image format:
# * the SD card must have 1 kB free space at the beginning,
# * U-Boot is dumped as is,
# * a FAT partition at offset 8 MB is containing zImage/uImage and DTB files
# * a single root filesystem partition is required (ext2, ext3 or ext4)
#
image boot.vfat {
  vfat {
    files = {
      %FILES%
    }
  }
  size = 16M
}
image sdcard.img {
  hdimage {
  }
  partition u-boot {
    in-partition-table = "no"
    image = "%UBOOTBIN%"
    offset = 1024
  }
  partition boot {
    partition-type = 0xC
    bootable = "true"
    image = "boot.vfat"
    offset = 8M
  }
  partition rootfs {
    partition-type = 0x83
    image = "rootfs.ext2"
  }
}

该配置文件显示会生成两个文件，一个boot.vfat，一个sdcard.img；
boot.vfat由"%FILES%"所表示内容组成(后面会得知是kernel+dtb);
sdcard.img有四个分区，第一个是空，第二个是偏移1024字节(1k)后，内容为"%UBOOTBIN%"(u-boot)，第三个为偏移8M后，存放前面生成的boot.vfat(kernel+dtb)，最后存放rootfs.ext2。
此时分区情况如下：

分区类型和数值的对应关系可通过该文章查询:List of partition identifiers for PCs or Listing of MBR/EBR Partition Types
此时将sd卡插入Windows电脑，可以发现只能识别存放boot.vfat(kernel+dtb)的分区，因为该分区为FAT32格式，Windows可以识别，而存放rootfs.ext2的分区为ext2/3/4，Windows是无法识别的，与生活常识是吻合的。
另外，如果想在SD卡创建其它自定义分区，可以再加一个partition：

partition user {
  partition-type = 0xC
  size = 10M
}

再来看看post-image.sh是如何解析genimage.cfg.template：

#!/usr/bin/env bash
#
# dtb_list extracts the list of DTB files from BR2_LINUX_KERNEL_INTREE_DTS_NAME
# in ${BR_CONFIG}, then prints the corresponding list of file names for the
# genimage configuration file
#
dtb_list()
{
	local DTB_LIST="$(sed -n 's/^BR2_LINUX_KERNEL_INTREE_DTS_NAME="\([\/a-z0-9 \-]*\)"$/\1/p' ${BR2_CONFIG})"
	for dt in $DTB_LIST; do
		echo -n "\"`basename $dt`.dtb\", "
	done
}
#
# linux_image extracts the Linux image format from BR2_LINUX_KERNEL_UIMAGE in
# ${BR_CONFIG}, then prints the corresponding file name for the genimage
# configuration file
#
linux_image()
{
	if grep -Eq "^BR2_LINUX_KERNEL_UIMAGE=y$" ${BR2_CONFIG}; then
		echo "\"uImage\""
	elif grep -Eq "^BR2_LINUX_KERNEL_IMAGE=y$" ${BR2_CONFIG}; then
		echo "\"Image\""
	else
		echo "\"zImage\""
	fi
}
genimage_type()
{
	if grep -Eq "^BR2_PACKAGE_FREESCALE_IMX_PLATFORM_IMX8M=y$" ${BR2_CONFIG}; then
		echo "genimage.cfg.template_imx8"
	elif grep -Eq "^BR2_TARGET_UBOOT_SPL=y$" ${BR2_CONFIG}; then
		echo "genimage.cfg.template_spl"
	else
		echo "genimage.cfg.template"
	fi
}
uboot_image()
{
	if grep -Eq "^BR2_TARGET_UBOOT_FORMAT_DTB_IMX=y$" ${BR2_CONFIG}; then
		echo "u-boot-dtb.imx"
	elif grep -Eq "^BR2_TARGET_UBOOT_FORMAT_IMX=y$" ${BR2_CONFIG}; then
		echo "u-boot.imx"
	fi
}
main()
{
	local FILES="$(dtb_list) $(linux_image)"
	local UBOOTBIN="$(uboot_image)"
	local GENIMAGE_CFG="$(mktemp --suffix genimage.cfg)"
	local GENIMAGE_TMP="${BUILD_DIR}/genimage.tmp"
	sed -e "s/%FILES%/${FILES}/" \
		-e "s/%UBOOTBIN%/${UBOOTBIN}/" \
		board/freescale/common/imx/$(genimage_type) > ${GENIMAGE_CFG}
	rm -rf "${GENIMAGE_TMP}"
	genimage \
		--rootpath "${TARGET_DIR}" \
		--tmppath "${GENIMAGE_TMP}" \
		--inputpath "${BINARIES_DIR}" \
		--outputpath "${BINARIES_DIR}" \
		--config "${GENIMAGE_CFG}"
	rm -f ${GENIMAGE_CFG}
	exit $?
}
main $@

可以在main看到，FILES为dtb和kernel，UBOOTBIN为u-boot，再传入配置文件。
最后使用genimage生成，genimage在后面2.9Host utilities(主机工具)部分需要勾选上，它的作用是给定根文件系统树，生成多个文件系统和闪存镜像的工具。

参考：
https://blog.csdn.net/weixin_42553314/article/details/118696618

使用 Ubuntu-Base 包

注意：由于这个包不全面，适合作为 chroot 的目录，不适合做根文件系统，所以不推荐。

前往 Ubuntu仓库，挑一个版本，下载例如 ubuntu-base-22.04.2-base-arm64.tar.gz 这样一个成品在某个空目录下，然后解压，如下：

wget http://cdimage.ubuntu.com/ubuntu-base/releases/20.04/release/ubuntu-base-20.04.5-base-amd64.tar.gz
tar -xvf ubuntu-base-20.04.5-base-amd64.tar.gz

这个目录大概 105M，建一个大于 200 M 的空文件。

dd if=/dev/zero of=ubuntu.img bs=1M count=200
sudo mkfs.ext4 ubuntu.img

然后 mount ubuntu.img 到某个目录下，将解压的内容拷贝进去。

posted @ 2023-02-15 17:44 爱吃饭的胖胖熊阅读(521) 评论(0) 编辑收藏举报

刷新页面返回顶部

登录后才能查看或发表评论，立即登录或者逛逛博客园首页

相关博文：

· Linux源码编译、调试和阅读

· Obsidian上手：方便阅读、整理文献

· 嵌入式Linux系统构建

· 根文件系统简介与BusyBox构建根文件系统

· 详解制作根文件系统

阅读排行：
· 震惊！C++程序真的从main开始吗？99%的程序员都答错了
· 别再用vector＜bool＞了！Google高级工程师：这可能是STL最大的设计失误
· 单元测试从入门到精通
· 【硬核科普】Trae如何「偷看」你的代码？零基础破解AI编程运行原理
· 上周热点回顾（3.3-3.9）

公告

昵称：爱吃饭的胖胖熊
园龄： 4年4个月
粉丝： 2
关注： 3

+加关注

2025年3月

日

一

二

三

四

五

六

随笔分类

系统运维(2)

胖胖熊