|
精通initramfs構(gòu)建step by step
（一）hello world 一、initramfs是什么 在2.6版本的linux內(nèi)核中，都包含一個壓縮過的cpio格式的打包文件。當(dāng)內(nèi)核啟動時，會從這個打包文件中導(dǎo)出文件到內(nèi)核的rootfs文件系統(tǒng)， 然后內(nèi)核檢查rootfs中是否包含有init文件，如果有則執(zhí)行它，作為PID為1的第一個進程。這個init進程負責(zé)啟動系統(tǒng)后續(xù)的工作，包括定位、 掛載“真正的”根文件系統(tǒng)設(shè)備（如果有的話）。如果內(nèi)核沒有在 rootfs中找到init文件，則內(nèi)核會按以前版本的方式定位、掛載根分區(qū)，然后執(zhí)行/sbin/init程序完成系統(tǒng)的后續(xù)初始化工作。 這個壓縮過的cpio格式的打包文件就是initramfs。編譯2.6版本的linux內(nèi)核時，編譯系統(tǒng)總會創(chuàng)建initramfs，然后把它與編譯好 的內(nèi)核連接在一起。內(nèi)核源代碼樹中的usr目錄就是專門用于構(gòu)建內(nèi)核中的initramfs的，其中的initramfs_data.cpio.gz文件 就是initramfs。缺省情況下，initramfs是空的，X86架構(gòu)下的文件大小是134個字節(jié)。 二、構(gòu)建第一個initramfs：hello world 從C語言開始，學(xué)習(xí)計算機編程語言的第一個程序幾乎都是hello world，因此我們也構(gòu)建一個最簡單的hello world式的initramfs，以說明initramfs的基本構(gòu)建方法。 initramfs的靈魂是init文件（或者叫程序，因為它會被內(nèi)核第一個執(zhí)行），我們先寫一個簡單的init程序，它會在內(nèi)核的console中打印出經(jīng)典的hello world信息。 hello.c： #include #include int main(int argc,char argv[]) { printf("hello world, from initramfs.\n"); sleep(9999999); return 0; } 其中的sleep（）函數(shù)語句是為了避免執(zhí)行時內(nèi)核很快打出panic的信息，并非功能上的需要。 接著把hello.c編譯成靜態(tài)連接程序： gcc -o hello_static -static -s hello.c 命令行中的-s參數(shù)表示編譯后的程序不包含調(diào)試定位信息，目的是減少編譯出來的程序文件的大小。 再創(chuàng)建一個initramfs的構(gòu)建源文件目錄image，把hello_static程序拷入這個目錄，并改名為init。 在image目錄下，創(chuàng)建一個dev/console的設(shè)備文件，否init程序無法在內(nèi)核console中輸出信息： mknod -m 600 dev/console c 5 1 注意，執(zhí)行這個命令需要有root權(quán)限。 好了，現(xiàn)在可以設(shè)置內(nèi)核配置參數(shù)，進行initramfs的構(gòu)建了： 在general setup配置目錄下的initramfs sources配置項下輸入image的路徑名，比如我的路徑就是/home/wyk/initramfs-test/image。因為我們的init程 序是ELF格式的，所以內(nèi)核需要支持ELF的可執(zhí)行文件，否則啟動這個init程序會失敗。在內(nèi)核的 Executable file formats配置目錄下，選擇 kernel support for ELF binaries，則可使內(nèi)核支持ELF格式的可執(zhí)行文件。其他內(nèi)核配置參數(shù)根據(jù)實際需要設(shè)置即可，不過，為了減少內(nèi)核編譯時間，可參考這篇文章 http://linuxman.blog./blog-htm-do-showone-uid-60710-type-blog-itemid-293122.html 設(shè)置一個最簡單的內(nèi)核配置。 內(nèi)核配置參數(shù)設(shè)置完成后，按常規(guī)的內(nèi)核編譯方法進行編譯，initramfs就自動連接到編譯好的內(nèi)核映像文件中了。 三、試驗環(huán)境搭建 試驗initramfs需要經(jīng)常重啟系統(tǒng)，所以使用CPU模擬器是不錯的選擇。我們可以選用qemu，它支持直接啟動linux內(nèi)核，無需在模擬器中安裝OS。從方便使用的角度考慮，我們采用qemu launcher設(shè)置qemu的各項參數(shù)，它的安裝可參考 http://linuxman.blog./blog-htm-do-showone-uid-60710-type-blog-itemid-612280.html 。 在qemu launcher的linux配置標(biāo)簽中，打勾直接啟動linux，然后在下面的文本框中填上剛才編譯好的內(nèi)核映像文件的路徑名。因為qemu的運行還需要設(shè)置硬盤映像文件，所以還需要在左邊的配置標(biāo)簽中新建一個硬盤映像文件，但實際上我們并不使用硬盤。 配置好qemu的參數(shù)后，點擊launcher按鈕，內(nèi)核就開始在qemu中運行了。內(nèi)核輸出一堆內(nèi)核運行信息后，最后打出了 hello world, from initramfs. 哈哈，我們構(gòu)建的initramfs已經(jīng)能夠正常工作了！ （二）initramfs的前世今生 四、什么是rootfs和ramfs 所有的2.6版本linux內(nèi)核都有一個特殊的文件系統(tǒng) rootfs，是內(nèi)核啟動的初始始根文件系統(tǒng)，initramfs的文件會復(fù)制到rootfs。如果把initramfs比作種子，那么rootfs就是 它生長的土壤。大部分linux系統(tǒng)正常運行后都會安裝另外的文件系統(tǒng)，然后忽略rootfs。 rootfs是ramfs文件系統(tǒng)的一個特殊實例。ramfs是一種非常簡單的文件系統(tǒng)，是基于內(nèi)存的文件系統(tǒng)。ramfs文件系統(tǒng)沒有容量大小的限制，它可以根據(jù)需要動態(tài)增加容量。 ramfs 直接利用了內(nèi)核的磁盤高速緩存機制。所有的文件的讀寫數(shù)據(jù)都會在內(nèi)存中做高速緩存（cache），當(dāng)系統(tǒng)再次使用文件數(shù)據(jù)時，可以直接從內(nèi)存中讀寫，以提 供系統(tǒng)的I/O性能。高速緩存中的寫入數(shù)據(jù)會在適當(dāng)?shù)臅r候回寫到對應(yīng)的文件系統(tǒng)設(shè)備（如磁盤等）中，這時它的狀態(tài)就標(biāo)識為clean，這樣系統(tǒng)在必要時可 以釋放掉這些內(nèi)存。ramfs沒有對應(yīng)文件系統(tǒng)設(shè)備，所以它的數(shù)據(jù)永遠都不會回寫回去，也就不會標(biāo)識為clean，因此系統(tǒng)也永遠不會釋放ramfs所占 用的內(nèi)存。 因為ramfs直接使用了內(nèi)核已有的磁盤高速緩存機制，所以它的實現(xiàn)代碼非常小。也由于這個原因，ramfs特性不能通過內(nèi)核配置參數(shù)刪除，它是內(nèi)核的天然特性。 五、ramfs不是ramdisk ramdisk 是在一塊內(nèi)存區(qū)域中創(chuàng)建的塊設(shè)備，用于存放文件系統(tǒng)。ramdisk的容量是固定的，不能象ramfs一樣動態(tài)增長。ramdisk需要內(nèi)核的文件系統(tǒng)驅(qū) 動程序（如ext2）來操作其上的數(shù)據(jù)，而ramfs則是內(nèi)核的天然特性，無需額外的驅(qū)動程序。ramdisk也象其他文件系統(tǒng)設(shè)備一樣，需要在塊設(shè)備和 內(nèi)存中的磁盤高速緩存之間復(fù)制數(shù)據(jù)，而這種數(shù)據(jù)復(fù)制實際不必要的。 六、從ramfs派生的文件系統(tǒng)tmpfs ramfs 的一個缺點是它可能不停的動態(tài)增長直到耗盡系統(tǒng)的全部內(nèi)存，所以只有root或授權(quán)用戶允許使用ramfs。為了解決這個問題，從ramfs派生出了 tmpfs文件系統(tǒng)，增加了容量大小的限制，而且允許把數(shù)據(jù)寫入交換分區(qū)。由于增加了這兩個特性，所以tmpfs允許普通用戶使用。 關(guān)于tmpfs文件系統(tǒng)更多的信息，可以看內(nèi)核源碼中的 Documentation/filesystems/tmpfs.txt 文檔。 綜上所述，initramfs是一種ramfs文件系統(tǒng)，在內(nèi)核啟動完成后把它復(fù)制到rootfs中，作為內(nèi)核初始的根文件系統(tǒng)，它的任務(wù)是掛載系統(tǒng)真正的根文件系統(tǒng)。這就是initramfs的前世今生。 （三）：busybox 七、什么是busybox busybox號稱是嵌入式Linux中的瑞士軍刀——小巧、功能齊全。它把許多常用的Linux命令都集成到一個單一的可執(zhí)行程序中，只用這一個可執(zhí)行 程序（即busybox）加上Linux內(nèi)核就可以構(gòu)建一個基本的 Linux系統(tǒng)。busybox程序非常小巧，包含全部命令可執(zhí)行文件大小也只有750多K。busybox是完全模塊化的，可以很容易地在編譯時增加、 刪除其中包含的命令。 由于busybox的這些特點，它廣泛應(yīng)用于LiveCD、應(yīng)急修復(fù)盤、安裝盤等系統(tǒng)中。我們也是以它為基礎(chǔ)，構(gòu)建initramfs。 八、busybox的配置、編譯和安裝 （1）去 http:// 去下載最新的源碼，解壓展開。 （2）用 make menuconfig 命令啟動配置界面配置，配置busybox的特性、選擇要包含在busybox的命令（busybox稱為applet）； 也可以用 make defconfig 命令做缺省配置，包含全部的applet。 另外兩個配置命令是 make allyesconfig——最大配置 make allnoconfig——最小配置 它們和make defconfig命令都可以用來作為自定義配置的初始配置，然后再用make menuconfing命令做定制化配置。 為了簡單，我們用make defconfig做缺省配置。 （3）用 make 命令編譯busybox軟件。 （4）用 make CONFIG_PREFIX= install 命令安裝。如果在命令行中省略CONFIG_PREFIX變量的賦值，則會安裝缺省值 ./_install 目錄下。CONFIG_PREFIX可以在make menuconfig的配置界面中修改。 我們用make CONFIG_PREFIX=~/initramfs-test/image 命令把busybox安裝到initramfs的構(gòu)建目錄中。 （5）缺省配置下，busybox動態(tài)鏈接到glibc，所以要把它用到的動態(tài)庫復(fù)制到initramfs的構(gòu)建目錄中。用ldd命令查看busybox用到了哪些動態(tài)庫文件及相應(yīng)的文件路徑，然后把它們復(fù)制到相應(yīng)的目錄下即可。 我們編譯的busybox需要向image/lib目錄下復(fù)制 ld-linux.so.2 libc.so.6 libcrypt.so.1 libm.so.6 動態(tài)庫文件。 九、在image下創(chuàng)建必要的目錄和設(shè)備文件 （1）在imgae目錄下創(chuàng)建 proc ， sys ， etc ，mnt 四個目錄 （2）hello world 已經(jīng)創(chuàng)建了console 設(shè)備文件，我們再用 mknod -m 600 dev/null c 1 3 命令創(chuàng)建另一個基本的設(shè)備文件。 十、試驗一下 busybox的構(gòu)建和準(zhǔn)備工作做完了，我們試驗一下吧： 在image目錄下以root用戶權(quán)限—— （1）用 mount -vt proc proc =proc mount -vt sysfs sysfs =sys 命令安裝內(nèi)核虛擬文件系統(tǒng) （2）用 mount -v -o bind /dev dev 命令綁定/dev的設(shè)備文件到image/dev （3）用 chroot . /bin/sh 命令進入busybox的環(huán)境。出現(xiàn)shell的命令提示符，可以試著輸入幾個命令，看看執(zhí)行結(jié)果。例如，輸入 fdisk -l 命令看看是否能顯示硬盤的分區(qū)。 （四）：mini linux 十一、自動生成/dev下的設(shè)備文件 上節(jié)用chroot方法試驗busybox時，為了簡單，是用“綁定”的方式把主機的/dev中的設(shè)備文件映射到image目錄下的dev目錄。在initramfs上，這種方法顯然不能使用。 生成系統(tǒng)的設(shè)備文件，現(xiàn)在通常都是用udev動態(tài)生成，而initramfs為了做到通用，動態(tài)生成的要求是必須的。在busybox中有一個mdev命令，就是用來動態(tài)生成設(shè)備文件，填充到/dev目錄的。 在系統(tǒng)啟動時，用 mdev -s 命令可以根據(jù)內(nèi)核的sysfs文件系統(tǒng)在/dev目錄中自動生成相應(yīng)的設(shè)備文件。命令執(zhí)行前，需要先掛載內(nèi)核的proc和sysfs虛擬文件系統(tǒng)。 十二、初始身手 解決了自動生成設(shè)備文件的問題后，我們可以試著做一個最簡單的可運行的linux系統(tǒng)了： （1）在image目錄下寫一個最簡單的init腳本。 #!/bin/sh mount -t proc proc /proc mount -t sysfs sysfs /sys mdev -s /bin/sh （2）為init腳本設(shè)置可執(zhí)行權(quán)限，否則內(nèi)核不會去執(zhí)行它。 chmod +x init （3）有些busybox配置中，mdev命令需要讀取/etc/mdev.conf文件，為了避免出錯信息，我們創(chuàng)建一個空文件。 touch etc/mdev.conf （4）在內(nèi)核源碼目錄下，執(zhí)行 make 命令，重新編譯內(nèi)核，生成新的initramfs。 好了，在QEMU模擬環(huán)境下啟動這個新的內(nèi)核，系統(tǒng)初始化后，會進入SHELL環(huán)境。在這個SHELL環(huán)境下，試驗一些常用命令，看看是否可以正常運行。 十三、can't access tty 上一步創(chuàng)建的簡單linux系統(tǒng)在進入SHELL環(huán)境時，會打出下面這一句出錯信息： /bin/sh: can't access tty; job controll off 雖然不影響使用，但終究不夠完美。 產(chǎn)生這個錯誤的原因是我們的SHELL是直接運行在內(nèi)核的console上的，而console是不能提供控制終端（terminal）功能的，所以必須 把 SHELL運行在tty設(shè)備上，才能消除這個錯誤。解決問題的辦法是使用正規(guī)init機制，在執(zhí)行SHELL前打開tty設(shè)備。 另外，這個簡單系統(tǒng)的reboot、halt等命令是不起作用的，也必須通過init方式解決。 十四、busybox的缺省init模式 busybox支持init功能，當(dāng)系統(tǒng)沒有/etc/inittab文件時，它有一套缺省的模式，按下面配置執(zhí)行： ::sysinit:/etc/init.d/rcS ::askfirst:/bin/sh ::ctrlaltdel:/sbin/reboot ::shutdown:/sbin/swapoff -a ::shutdown:/bin/umount -a -r ::restart:/sbin/init 如果busybox檢測到/dev/console不是串口控制臺，init還要執(zhí)行下面的動作： tty2::askfirst:/bin/sh tty3::askfirst:/bin/sh tty4::askfirst:/bin/sh 我們試試這種模式是否可以解決我們的問題。 （1）寫/etc/init.d/rcS腳本 這個腳本實際是要執(zhí)行系統(tǒng)的初始化操作。我們把前面的init腳本改造一下，將最后的/bin/sh命令刪除，然后移到 etc/init.d目錄下，改名為rcS。 （2）initramfs不需要linuxrc，而且如果沒有init文件，內(nèi)核就不認為它是一個有效的initramfs，因而不安裝它，導(dǎo)致內(nèi)核panic。于是，我們在image目錄下，把busybox安裝的linuxrc改名為init mv linuxrc init （3）重新編譯內(nèi)核，生成新的initramfs （4）用QEMU試驗一下新編譯的內(nèi)核。系統(tǒng)啟動后，會打出一句話“please press Enter to active this console”——感覺還不錯。但是按下回車鍵后，系統(tǒng)依然會打出錯誤信息“-/bin/sh: can't access tty; job controll off ”。用tty命令看看當(dāng)前的終端設(shè)備文件名： # tty /dev/console 它還是console，不是tty設(shè)備，所以問題沒有解決。不過，reboot和halt命令倒是可以正常工作了。 經(jīng)過驗證，busybox的缺省init模式無法滿足我們的要求，我們還是要寫inittab，定制自己的init初始化流程。 十五、busybox的inittab文件格式說明 要寫自己的inittab，需要理解busybox的inittab文件格式。 busybox的inittab文件與通常的inittab不同，它沒有runlevel的概念，語句功能上也有限制。inittab語句的標(biāo)準(zhǔn)格式是 ::: 各字段的含義如下 : id字段與通常的inittab中的含義不同，它代表的是這個語句中process執(zhí)行所在的tty設(shè)備，內(nèi)容就是/dev目錄中tty設(shè)備的文件名。由于是運行process的tty設(shè)備的文件名，所以也不能象通常的inittab那樣要求每條語句id的值唯一。 : busybox不支持runlevel，所以此字段完全被忽略。 : 為下列這些值之一： sysinit, respawn, askfirst, wait,once, restart, ctrlaltdel, shutdown 其含義與通常的inittab的定義相同。特別提一下askfirst，它的含義與respawn相同，只是在運行process前，會打出一句話 “please press Enter to active this console”，然后等用戶在終端上敲入回車鍵后才運行process。 ： 指定要運行的process的命令行。 十六、寫mini linux的inittab 理解了busybox的inittab格式，我們就可以寫mini linux的inittab： ::sysinit:/etc/init.d/rcS tty1::askfirst:/bin/sh tty2::askfirst:/bin/sh tty3::askfirst:/bin/sh tty4::askfirst:/bin/sh tty5::askfirst:/bin/sh tty6::askfirst:/bin/sh ::restart:/sbin/init ::ctrlaltdel:/sbin/reboot ::shutdown:/bin/umount -a -r 把這個文件放到image的etc目錄下。為了執(zhí)行reboot命令時避免提示找不到/etc/fstab文件，我們再在etc目錄下創(chuàng)建一個空文件 touch fstab 做好了這些，就可以重新編譯內(nèi)核，生成新的initramfs了。在QEMU試驗環(huán)境下驗證新生成的mini linux，系統(tǒng)運行正常，而且象通常的linux系統(tǒng)一樣，用ALT＋F1～F6鍵可以在6個終端間切換。 （五）initrd 十七、配置內(nèi)核支持initrd 到目前為止，我們的initramfs都由內(nèi)核編譯系統(tǒng)生成的，并鏈接到內(nèi)核中。其實我們也可以用cpio命令生成單獨的initramfs，與內(nèi)核編譯脫鉤，在內(nèi)核運行時以initrd的形式加載到內(nèi)核，以增加靈活性。 首先配置內(nèi)核使用單獨的initrd：在 Device Driver / Block device / 配置目錄下，選擇 RAM filesystem and RAMdisk ( initramfs/initrd ) support 配置項；再到 General Setup 配置目錄項下，將 initramfs source file(s) 配置項原有的內(nèi)容清空。然后把內(nèi)核源碼樹的usr目錄下已由內(nèi)核編譯生成的initramfs文件initramfs_data.cpio.gz拷貝到 ~/initramfs-test 目錄下，我們先直接用這個文件試驗一下 initrd 方式的initramfs的效果。最后，執(zhí)行make命令重新編譯內(nèi)核后，在QEMU試驗環(huán)境中，把initrd配置框（linux配置框的下面）的內(nèi)容 寫為 ~/initramfs-test/initramfs_data.cpio.gz，指定initrd的文件路徑。 好了，試驗一下新的initrd方式的initramfs吧，效果跟先前的完全一樣。 十八、用cpio命令生成initramfs cpio 命令有三種操作模式：copy－out、copy－in、copy－pass，生成initramfs用的是它的copy－out模式，即把文件打包的操 作模式。cpio的copy－out操作模式使用 -o 命令行選項指定。缺省情況下，cpio從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取輸入數(shù)據(jù)，向標(biāo)準(zhǔn)輸出寫入輸出數(shù)據(jù)。使用 -I 選項可以指定文件名代替標(biāo)準(zhǔn)輸入，使用 -O 選項可以指定文件名代替標(biāo)準(zhǔn)輸出，而 -F 選項指定的文件名則根據(jù)cpio操作模式的不同可代替標(biāo)準(zhǔn)輸入或標(biāo)準(zhǔn)輸出。 把~/initramfs-test/image目錄下的文件打包成initramfs，執(zhí)行下面的命令： find . | cpio -o -H newc | gzip > ../image.cpio.gz 命令執(zhí)行完畢后，在~/initramfs-test目錄下就會生成文件名為imgae.cpio.gz的initramfs。 上面cpio命令的 -H 選項指定打包文件的具體格式，要生成initramfs，只能用newc 格式，如果使用其他格式，內(nèi)核會打出這樣的出錯信息：Unpacking initramfs... kernel panic - not syncing: no cpio magic 在QEMU試驗環(huán)境下試驗一下新的initrd方式的initramfs，效果跟先前的完全一樣。 十九、cpio命令的其他用法 如果我們要解開一個cpio格式的打包文件，則要使用cpio命令的copy－in操作模式。cpio的copy－out操作模式使用 -i 命令行選項指定。例如，我們想把前一步從內(nèi)核源碼樹 usr目錄下拷貝的initramfs_data.cpio.gz 展開到~/initramfs-test/initramfs_data目錄下，則使用下列命令： mkdir ~/initramfs-test/initramfs_data cd ~/initramfs-test/initramfs_data cpio -i -F ../initramfs_data.cpio.gz --no-absolute-filename 命令執(zhí)行完畢后，initramfs_data目錄下出現(xiàn)多個目錄和文件，用diff命令比較initramfs_data與image目錄，兩者的完全一樣。 上面cpio命令的 --no-absolute-filename 選項的作用是展開文件時，去掉文件路徑最前面的"/"，把絕對路徑名變?yōu)橄鄬β窂矫?nèi)核編譯時生成的initramfs使用了絕對路徑名，所以這個選項 必須使用，否則initramfs內(nèi)文件展開到"/"目錄去了，如果你是root用戶或有"/"目錄的寫權(quán)限，那么展開的文件就有可能覆蓋同名的文件（在 文件修改時間新于原有文件），那就糟糕了！ 展開文件前，你可能會想先看看打包文件里都有哪些文件，這時就要用 -t 選項了。例如，我們想看看內(nèi)核編譯時生成的initramfs_data.cpio.gz中都有哪些文件，我們就可以用下面的命令： zcat initramfs_data.cpio.gz | cpio -t 在標(biāo)準(zhǔn)輸出中打出文件名列表。 使用 -v 選項可以在cpio命令執(zhí)行時輸出詳細信息：在打包或展開文件時，輸出已處理的文件名；與 -t 選項連用時，則顯示文件的詳細信息，類似 ls -l 的輸出內(nèi)容。-V 選項則用打點的方式，顯示cpio命令的執(zhí)行進度信息，一個點代表處理一個文件。 （六）switch_root 二十、switch_root 命令 除了基于initramfs的系統(tǒng)（如第四節(jié)的mini linux），通常initramfs都是為安裝最終的根文件系統(tǒng)做準(zhǔn)備工作，它的最后一步需要安裝最終的根文件系統(tǒng)，然后切換到新根文件系統(tǒng)上去。以往 的基于ramdisk 的initrd 使用pivot_root命令切換到新的根文件系統(tǒng)，然后卸載ramdisk。但是initramfs是rootfs，而rootfs既不能 pivot_root，也不能umount。為了從initramfs中切換到新根文件系統(tǒng)，需要作如下處理： （1）刪除rootfs的全部內(nèi)容，釋放空間 find -xdev / -exec rm '{}' ';' （2）安裝新的根文件系統(tǒng)，并切換 cd /newmount; mount --move . /; chroot . （3）把stdin/stdout/stderr 附加到新的/dev/console，然后執(zhí)行新文件系統(tǒng)的init程序 上述步驟比較麻煩，而且要解決一個重要的問題：第一步刪除rootfs的所有內(nèi)容也刪除了所有的命令，那么后續(xù)如何再使用這些命令完成其他步驟？busybox的解決方案是，提供了switch_root命令，完成全部的處理過程，使用起來非常方便。 switch_root命令的格式是： switch_root [-c /dev/console] NEW_ROOT NEW_INIT [ARGUMENTS_TO_INIT] 其中NEW_ROOT是實際的根文件系統(tǒng)的掛載目錄，執(zhí)行switch_root命令前需要掛載到系統(tǒng)中；NEW_INIT是實際根文件系統(tǒng)的init程序的路徑，一般是/sbin/init；-c /dev/console是可選參數(shù)，用于重定向?qū)嶋H的根文件系統(tǒng)的設(shè)備文件，一般情況我們不會使用；而ARGUMENTS_TO_INIT則是傳遞給實際的根文件系統(tǒng)的init程序的參數(shù)，也是可選的。 需要特別注意的是：switch_root命令必須由PID=1的進程調(diào)用，也就是必須由initramfs的init程序直接調(diào)用，不能由init派生的其他進程調(diào)用，否則會出錯，提示： switch_root: not rootfs 也是同樣的原因，init腳本調(diào)用switch_root命令必須用exec命令調(diào)用，否則也會出錯，提示： switch_root: not rootfs 二十一、實踐：用initramfs安裝CLFS根文件系統(tǒng) 現(xiàn)在實踐一下switch_root命令，用它切換一個CLFS的根文件系統(tǒng)硬盤分區(qū)。我的CLFS安裝在/dev/sda8硬盤分區(qū)，我們就以此為例說明。 我們還是在以前的image目錄中構(gòu)建 （1）改寫init腳本 #!/bin/sh mount -t proc proc /proc mount -t sysfs sysfs /sys mdev -s mount /dev/sda8 /mnt （注意：為了簡單，我們直接把CLFS分區(qū)寫死在init腳本中了） exec switch_root /mnt /sbin/init （2）生成新的initrd 按上一節(jié) “精通initramfs構(gòu)建step by step （五）：initrd” 描述的cpio命令生成新的initrd。 （3）把新的initrd拷貝到CLFS分區(qū)的/boot目錄下，改名為clfs-initrd （4）在GRUB的menu.lst配置文件中增加一個啟動項 #test for initramfs of CLFS title test for initramfs of CLFS (on /dev/sda8) root (hd0,7) kernel /boot/clfskernel-2.6.17.13 （注意：并沒有向內(nèi)核傳遞root參數(shù)信息） initrd /boot/clfs-initrd 全部做完后，重啟機器，選擇 test for initramfs of CLFS 啟動項，機器順利進入了CLFS系統(tǒng)，我們構(gòu)建的initramfs用switch_root命令完成了CLFS實際根文件系統(tǒng)的安裝和切換。 （七）modules 二十二、內(nèi)核模塊支持 到目前為止，我們在構(gòu)建initramfs時還沒有涉及內(nèi)核模塊的支持，所用到的硬件驅(qū)動程序都是直接編譯到內(nèi)核中?，F(xiàn)在我們就看看如何使initramfs支持內(nèi)核模塊。 首先，內(nèi)核配置要支持模塊，并支持內(nèi)核模塊的自動加載功能：在內(nèi)核配置菜單中的激活下面的配置項，編譯進內(nèi)核 Load module support / Enable loadable module support / Automatic kernel loading ； 然后把需要的硬件驅(qū)動程序配置模塊形式，比如把我的機器上的硬盤控制器的驅(qū)動編譯成模塊，則選擇 Device Driver |---->SCSI device support |---->SCSI disk support |----->verbose SCSI error reporting (不是必須的，但可方便問題定位) |----->SCSI low-level drivers |---->Serial ATA (SATA) support |---->intel PIIX/ICH SATA support 把它們配置成模塊。 最后，編譯內(nèi)核，并把編譯好的內(nèi)核模塊安裝到image的目錄下： make make INSTALL_MOD_PATH=~/initramfs-test/image modules_install 命令執(zhí)行完畢后，在image/lib/modules/2.6.17.13/kernel/drivers/scsi目錄下安裝了4個內(nèi)核模文 件：scsi_mod.ko、sd_mod.ko、ata_piix.ko、libata.ko，它們就是所需的硬盤控制器的驅(qū)動程序。 好了，都準(zhǔn)備好了，可以用cpio命令生成inintramfs了。不過，為了方便后面的試驗，我們再把init腳本改成 #!/bin/sh mount -t proc proc /proc mount -t sysfs sysfs /sys mdev -s exec /bin/sh 使系統(tǒng)啟動后進入shell環(huán)境，并且用exec調(diào)用的方式，使shell的pid為1，能夠執(zhí)行switch_root命令。 二十三、試驗：用initramfs中的內(nèi)核模塊安裝硬盤文件系統(tǒng) 用新生成的initramfs啟動系統(tǒng)，內(nèi)核并沒有自動加載硬盤控制器的驅(qū)動程序，所以 /dev目錄下也沒有sda等硬盤設(shè)備文件。好吧，我們自己加載內(nèi)核模塊文件。不幸的是，busybox的modprobe命令執(zhí)行不正常，不能加載內(nèi)核 模塊。懷疑是busybox的modprobe命令配置或編譯有問題，后續(xù)再花時間定位吧，先用insmod命令依次加載。查看/lib/modules /2.6.17.13/modules.dep，弄清楚了4個模塊的依賴關(guān)系，執(zhí)行下面的命令加載： insmod scsi_mod insmod libata insmod ata_piix insmod sd_mod 然后再用 mdev -s 命令生成硬盤的設(shè)備文件。 好了，可以安裝CLFS的硬盤分區(qū)，并把根文件系統(tǒng)切換到CLFS的硬盤分區(qū)： mount /dev/sda8 /mnt exec switch_root /mnt /sbin/init 系統(tǒng)正常啟動到了CLFS，我們可以做到用initramfs中的硬盤控制器的驅(qū)動模塊安裝硬盤分區(qū)了。 二十四、mdev的hotplug模式 上面的試驗中，我們在加載完驅(qū)動模塊后調(diào)用了mdev -s 命令來生成硬盤的設(shè)備文件。其實，可以使用mdev的hotplug模式在加載內(nèi)核時自動生成對應(yīng)的設(shè)備文件： 在執(zhí)行insmod命令前，用 echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug 命令設(shè)置系統(tǒng)的hotplug程序為mdev。 后續(xù)使用insmod命令加載模塊時，系統(tǒng)自動調(diào)用mdev生成相應(yīng)的設(shè)備文件。 注意：內(nèi)核必須配置支持hotplug功能，而前面提到的CLFS最簡內(nèi)核配置方案是沒有配置hotplug支持的。 （八）coldplug 二十五、udev的coldplug模式 內(nèi)核在啟動時已經(jīng)檢測到了系統(tǒng)的硬件設(shè)備，并把硬件設(shè)備信息通過sysfs內(nèi)核虛擬文件系統(tǒng)導(dǎo)出。udev掃描sysfs文件系統(tǒng)，根據(jù)硬件設(shè)備信息生成 熱插拔（hotplug）事件，udev再讀取這些事件，生成對應(yīng)的硬件設(shè)備文件。由于沒有實際的硬件插拔動作，所以這一過程被稱為coldplug。我 們的initramfs就是利用這一機制，加載硬件設(shè)備的驅(qū)動程序模塊。 udev完成coldplug操作，需要下面三個程序： udevd——作為deamon，記錄hotplug事件，然后排隊后再發(fā)送給udev，避免事件沖突（race conditions）。 udevtrigger——掃描sysfs文件系統(tǒng)，生成相應(yīng)的硬件設(shè)備hotplug事件。 udevsettle——查看udev事件隊列，等隊列內(nèi)事件全部處理完畢才退出。 在initramfs的init腳本中可以執(zhí)行下面的語句實現(xiàn)coldplug功能： mkdir -p /dev/.udev/db udevd --daemon mkdir -p /dev/.udev/queue udevtrigger udevsettle 許多文檔提到的在udevd --daemon 命令前要執(zhí)行 echo > /proc/sys/kernel/hotplug 命令，經(jīng)驗證，在我們的initramfs環(huán)境下的coldplug功能中并不需要。 二十六、試驗：用udev自動加載設(shè)備驅(qū)動模塊 了解了udev的coldplug的機理，我們就試驗一下用udev自動加載設(shè)備驅(qū)動模塊，并生成硬件設(shè)備文件。 （1）從 /sbin 目錄下拷貝udevd、udevtrigger、udevsettle程序到image目錄下的sbin目錄下，并用ldd命令找到它們所需要的動態(tài)庫文件，拷貝到image目錄下的lib目錄下。 （2）修改init腳本，增加coldplug功能： #!/bin/sh mount -t proc proc /proc mount -t sysfs sysfs /sys mdev -s #using udev autoload hard disk driver module mkdir -p /dev/.udev/db udevd --daemon mkdir -p /dev/.udev/queue udevtrigger udevsettle mount /dev/sda8 /mnt killall udevd exec switch_root /mnt /sbin/init 注意：在切換到真正根文件系統(tǒng)前，要把udevd進程殺掉，否則會和真正根文件系統(tǒng)中的udev腳本的執(zhí)行相沖突。這就是上面killall udevd 語句的作用。 （3）編寫udev規(guī)則文件 規(guī)則文件是udev的靈魂，沒有規(guī)則文件，udev無法自動加載硬件設(shè)備的驅(qū)動模塊。為了簡單，我們直接使用CLFS中的40- modprobe.rules，把它拷貝到image目錄下的etc/udev/rules.d目錄。有關(guān)udev的規(guī)則文件編寫，已超出了本文的范圍， 后續(xù)我有可能專文描述。 ######################################################################## # # Description : 40-modprobe.rules # # Authors : Based on Open Suse Udev Rules # kay.sievers@suse.de # # Adapted to : Jim Gifford # LFS : Alexander E. Patrakov # # Version : 00.01 # # Notes : # ######################################################################## # hotplug ENV{MODALIAS}=="?*", RUN+="/sbin/modprobe $env{MODALIAS}" # scsi SUBSYSTEM=="scsi_device", ACTION=="add", SYSFS{device/type}=="0|7|14", RUN+="/sbin/modprobe sd_mod" SUBSYSTEM=="scsi_device", ACTION=="add", SYSFS{device/type}=="1", SYSFS{device/vendor}=="On[sS]tream", RUN+="/sbin/modprobe osst" SUBSYSTEM=="scsi_device", ACTION=="add", SYSFS{device/type}=="1", RUN+="/sbin/modprobe st" SUBSYSTEM=="scsi_device", ACTION=="add", SYSFS{device/type}=="[45]", RUN+="/sbin/modprobe sr_mod" SUBSYSTEM=="scsi_device", ACTION=="add", RUN+="/sbin/modprobe sg" # floppy KERNEL=="nvram", ACTION=="add", RUN+="load_floppy_module.sh" 注意：上面的 ENV{MODALIAS}=="?*", RUN+="/sbin/modprobe $env{MODALIAS}" 語句是實現(xiàn)自動加載硬件設(shè)備驅(qū)動模塊功能的關(guān)鍵，它根據(jù)sysfs文件系統(tǒng)中記錄 的模塊aliases數(shù)據(jù)，用modprobe命令加載對應(yīng)的內(nèi)核模塊。有關(guān)模塊aliases的進一步說明，可參考CLFS手冊（CLFS- 1.0.0-x86）中的11.5.2.4. Module Loading一節(jié)的描述。 （4）拷貝modprobe命令 前一節(jié)提到過，busybox的modprobe 命令不能正常使用，所以我們需要拷貝 /sbin 目錄下的modprobe命令到image目錄下的sbin目錄，供udev加載內(nèi)核模塊使用。再用ldd命令檢查一下 /sbin/modprobe 命令所需的動態(tài)庫文件，如果有則拷貝到image/lib目錄下。（我的檢查結(jié)果是，除了libc6外，不需要其他動態(tài)庫，所以不需要拷貝） 好了，重新生成initramfs，啟動CLFS系統(tǒng)，initramfs能夠自動加載硬盤設(shè)備的驅(qū)動模塊，系統(tǒng)順利地從initramfs切換到了真正的CLFS的根文件系統(tǒng)。 （九）內(nèi)核編譯時構(gòu)建initramfs補遺 二十七、直接把cpio打包文件編譯進內(nèi)核 如果我們有一個已經(jīng)做好的cpio格式的initramfs，可以在內(nèi)核編譯時直接編譯進內(nèi)核?；貞浺幌?br> 第一節(jié) 的內(nèi)容，我們在內(nèi)核配置參數(shù)中的initramfs sources配置項下輸入構(gòu)建initramfs的目錄路徑。其實我們也可以直接輸出現(xiàn)成的initramfs的文件名，這樣在內(nèi)核編譯時，就可以把它編譯進內(nèi)核了。 使用這種方法，有兩點需要注意： （1）cpio文件不能壓縮。一般作為initrd的cpio文件都經(jīng)過了壓縮，所以編譯前需要先把壓縮過的文件解壓。 （2）cpio文件的后綴名必須是 .cpio。內(nèi)核編譯通過 .cpio的后綴名來識別此文件是cpio打包文件，而其他文件后綴名則會被認為是initramfs構(gòu)建的描述文件（關(guān)于描述文件，下面后詳細說明）。 二十八、用描述文件構(gòu)建initramfs 用內(nèi)核編譯工具構(gòu)建initramfs的第三種方法是使用描述文件。在內(nèi)核配置參數(shù)中的initramfs sources配置項下可以輸入initramfs構(gòu)建描述文件的文件名，內(nèi)核編譯工具根據(jù)描述文件完成initramfs的構(gòu)建。 描述文件的語法格式的說明如下： # a comment file dir nod slink pipe sock name of the file/dir/nod/etc in the archive location of the file in the current filesystem link target mode/permissions of the file user id (0=root) group id (0=root) device type (b=block, c=character) major number of nod minor number of nod 例子： 我們用描述文件的方式，構(gòu)建第一節(jié)中的hello world的initramfs。 hello-init.desp: dir /dev 0755 0 0 nod /dev/console 0600 0 0 c 5 1 file /init /home/wyk/initramfs-test/hello_static 0755 0 0 在內(nèi)核配置項initramfs sources中指定描述文件hello-init.desp，編譯內(nèi)核時就會生成hello world的initramfs，運行效果與第一節(jié)用指定構(gòu)建目錄的方法構(gòu)建的initramfs的完全相同。 注意：在內(nèi)核幫助文件中，提到initramfs sources配置項可以指定多個目錄或描述文件，內(nèi)核會匯集這些目錄或文件生成一個initramfs。但從我的試驗來看，initramfs sources只接受單一的目錄名或文件名，輸出多個目錄名或文件名（之間用空格分隔），內(nèi)核編譯時就會出錯。也許是我的方法有誤，還望讀者指正。 （十）uclibc 二十九、toolchain 在initramfs中使用uclibc庫，關(guān)鍵是構(gòu)建uclibc的工具鏈toolchain。構(gòu)建uclibc 的 toolchain 有兩種主要方式：（1）用buildroot工具（ http://buildroot./ ）自動構(gòu)建，這也是uclibc的官方標(biāo)準(zhǔn)做法。（2）用CLFS Embedded手冊的方法手工創(chuàng)建。目前CLFS Embedded還在開發(fā)中，可在 http:///view/clfs-embedded/x86/ 中查閱。 我們簡單地說明用buildroot工具構(gòu)建uclbic的toolchain的步驟： （1）獲取buildroot。 推薦用svn命令從它的版本庫中下載： svn co svn:///trunk/buildroot 要求使用svn命令，需要先安裝subversion軟件包。下載過程中，可能會出現(xiàn)連接異常中斷的情況，這時重新執(zhí)行上述命令，繼續(xù)進行下載，有可能要重復(fù)多次。 （2）配置buildroot 因為我們只是創(chuàng)建toolchain，所以需要做相應(yīng)的配置。在buildroot的頂層目錄下，執(zhí)行 make menuconfig 命令，在缺省配置的基礎(chǔ)上做如下配置 Target Architecture: i386 Target Architecture Variant: i686 Package Selection for the target: 取消BusyBox的選項（缺省是選中的） Target filesystem options: 取消 ext2 root filesystem（缺省是選中的） Toolchain --> Toolchain type: Buildroot toolchain （3）編譯 執(zhí)行 make 命令，buildroot工具會自動下載所需要的源文件并自動編譯，等一兩個小時后，toolchain就編譯好了。編譯好的toolchain位于 buildroot/build_i686/staging_dir/usr/bin/ 目錄下。工具命令的前綴是 i686-linux- 。 三十、編譯Busybox靜態(tài)連接uclibc庫 一般而言，使用uclibc庫是為了把它靜態(tài)連接到busybox中。具體步驟是： （1）把uclibc toolchain的目錄添加到PATH中。 在~/.bash_profile文件中添加： #set PATH so it includes uclibc toolchain if it exist if [ -d ~/buildroot/build_i686/staging_dir/usr/bin ] ; then PATH="${PATH}":~/buildroot/build_i686/staging_dir/usr/bin fi （2）配置busybox靜態(tài)連接庫。 在busybox的配置界面中，選擇： Build Options --> Build BusyBox as a static binary (no shared libs) （3）編譯 執(zhí)行 make CROSS_COMPILE=i686-linux- 命令“交叉編譯”busybox。 最后編譯生成的是靜態(tài)連接的可執(zhí)行文件，不需要在initramfs中拷貝庫文件。 三十一、用buildroot自動構(gòu)建initramfs buildroot 工具實際是一個功能強大的根文件系統(tǒng)構(gòu)建工具，它以uclibc和busybox作為系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)，toolchain只是它構(gòu)建系統(tǒng)的中間產(chǎn)品。 initramfs是一種特殊的根文件系統(tǒng)，當(dāng)然也可以用buildroot工具自動構(gòu)建，下面是構(gòu)建方法的簡要描述： （1）配置 在buildroot的配置界面下做如下的配置： Package Selection for the target: 選擇 Busybox Run Busybox's own full installation Use minimal target skeleton Target filesystem options --> cpio the root filesystem --> comprassion method: gzip （2）編譯 執(zhí)行 make 命令，進行編譯。 （3）輸出 構(gòu)建好的cpio文件是 buildroot/binaries/rootfs.i686.cpio.gz 同一目錄下還包含一個未壓縮的文件：rootfs.i686.cpio 構(gòu)建目錄則是 buildroot/project_build_i686/uclibc/root 可以在這個目錄下對原始的initramfs進行修改調(diào)整，然后自己用cpio命令打包生成新的initramfs。 （4）調(diào)整 直接用buildroot生成的root.i686.cpio.gz作為initramfs，運行時會出現(xiàn) can't open /dev/tty1: No such file or directory can't open /dev/tty2: No such file or directory can't open /dev/tty3: No such file or directory 錯誤信息的循環(huán)輸出，系統(tǒng)不能正常運行。 錯誤的原因是沒有在initramfs的/dev目錄下生成相應(yīng)的設(shè)備文件。需要做如下的調(diào)整： 1）在構(gòu)建目錄（buildroot/project_build_i686/uclibc/root）下的etc/init.d目錄中新增一個初始化腳本文件S10mountfs #!/bin/sh mount -t proc proc /proc mount -t sysfs sysfs /sys mdev -s 2）更改busybox的setuid屬性，否則無法執(zhí)行mount命令。在構(gòu)建目錄（buildroot/project_build_i686/uclibc/root）下執(zhí)行 chmod -s bin/busybox 命令。 這兩項調(diào)整工作做完后，在構(gòu)建目錄（buildroot/project_build_i686/uclibc/root）下執(zhí)行 find . | cpio -o -H newc |gzip > ../initramfs.cpio.gz 命令，重新生成initramfs的cpio打包文件。 （5）運行效果 運行新的initramfs，系統(tǒng)出現(xiàn)登錄提示。輸入用戶名 root，密碼為空，即可進入一個mini的linux系統(tǒng)。 buildroot是功能強大、配置靈活的自動化構(gòu)建工具，它的詳細使用和配置方法超出了本文的范圍，后續(xù)可能會專文描述，此處就從略了。 |
|
|
