如何定制Linux外围文件系统？

作者：我是乖宝宝哦

一般来说，我们所说的 Linux系统 指的是各种基于 Linux Kernel 和 GNU Project 的操作系统发行版。为了掌握 Linux 操作系统的使用，了解 Linux 操作系统的运作过程，理解内核与外围支撑系统的关系，加深对开源操作系统的认识，我决定造个轮子——自己定制一个 Linux 文件系统。

这里有两种实现方法：

• 直接自己实现 init**\*（M1）***

加载bios 的硬件信息-> 读取MBR –>执行Grub ->加载kernel–> 加载驱动–> init –> 执行bash

• 利用系统 /sbin/init**\*（M2）***

加载bios 的硬件信息-> 读取MBR –>执行Grub ->加载kernel–> 加载驱动–> init –> /sbin/init -> 取得run-level信息 -> /etc/rc.d/rc.sysinit -> services –> /etc/rc.d/rc.local –> mingetty –> login

我们先选择 *M1 *。

思路

1. 利用原有系统复制必备部件到新存储器
2. 利用 initrd.img 机制在 RAM Disk 中测试
3. 搭配原文件内核和模块启动

Step1：获得 shell 版本的initrd.img

首先，我们可以写一个脚本 init ，使得内核用该文件系统启动后能够直接获得一个 Bash 。

创建脚本 init

其中： /bin 目录下是常用命令， init 是自己写的脚本， /lib64 目录下是应用程序所依赖的动态库。

init 内容

现在我们需要使用命令行，创建 bin 和 sbin 目录，向其中添加 bash 、 ls 、 rm 、 cp 、 mv 、 echo 、 cat 、 less 等基础命令。由于这些命令需要依赖 /lib64 等目录下的一些动态链接的共享库，所以需要将依赖的库拷贝到小系统对应的目录下，用 ldd 命令查询应用程序及其依赖的动态库。完成之后，执行：

find . | cpio -H newc -o | gzip > /boot/initrd.img

将根文件系统打包成 initrd.img 放到 /boot 目录下。启动时系统会自动执行 initrd.img 中的 init 。

费了这么大劲生成 initrd.img ，如何测试新建的 initrd.img 呢，需要在 grub 启动配置文件当中增加一个入口用于测试。

title CentOS 6 Mini
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64
initrd /initrd.img

这样重启之后就会出现启动选项了。

Step2：完成挂载原系统能力

为了能挂载原系统，必须在 initrd.img 中加载原系统运行所必须的驱动模块，比如 ext4 文件系统的驱动、 scsi 设备的相关驱动等， /sbin/modinfo 配合 /sbin/insmod ，驱动放到 /module

Step3：完成拥有管理设备能力（udev）

利用管理、监控主机设备的服务程序udevd来自动加载所需的驱动模块，比我们自己实现更加可靠。 udevd 的规则文件在 /lib/udev/ 目录下，配置文件在 /etc/udev/ 目录下，同时还需要 /etc/nsswitch.conf 配置的名称服务交换，其依赖的库为 /lib 目录下以 libnss 开头的文件，将上述文件拷贝到我们的目录下，然后使用 /sbin/start\_udev 命令可以启动 udevd 服务。（ udevd 需要调用一些其他的系统命令，如 /sbin/modprobe ，可用 strace 进行跟踪获取）。

小系统的目录文件

其中： /dev 目录下是系统存放可用设备的目录， /log 是使用 strace 命令生成的 log 记录文件。

Step4：完成拥有login登录能力

由于 login 的机制比较复杂，涉及进程管理机制和进程组、控制台等许多方面，因此我们采用 *M2 *，将 /sbin/init 命令拷到小系统目录下， init 脚本改为

#!/bin/bash
exec /sbin/init

将控制权交给 /sbin/init 之后，系统启动时就必须等到它完成一系列调用之后，进入 login 界面，用户才能重新获得控制权。

/sbin/init 的过程大致分为三块：第一块是udevd加载驱动模块、文件系统检查和根切换，相关配置在 /etc/rc.sysinit 中；第二块是启动各项服务，相关配置在 /etc/rc.d/ 目录下；第三块是登录部分，需要调用 /sbin/mingetty 和 /bin/login 等命令。将上述所涉及的命令及文件拷贝到小系统对应的目录下，并对配置进行修改。

由于小系统启动之后 initrd.img 作为临时根文件系统直接在内存中运行，而我们小系统不需要进行根切换，故将 /etc/rc.sysinit 中 remount\_needed() 函数体注释掉，这样就不会根切换了。

由于系统采用了全新的 Upstart 启动方式（ /sbin/init 程序已经改由 upstart 软件包提供），将与 Upstart 启动相关的配置文件拷贝至小系统目录下：

/etc/inittab 配置默认运行级别
/etc/init/rcS.conf 加载rc.sysinit脚本，完成系统初始化任务
/etc/init/rc.conf 兼容脚本，负责各运行级别的调用处理
/etc/init/rcS-sulogin.conf 为单用户模式启动/sbin/sushell环境
/etc/init/control-alt-delete.conf 控制终端下的Ctrl+Alt+Del热键操作
/etc/init/start-ttys.conf 配置tty终端的开启数量、设备文件
/etc/sysconfig/init 控制tty终端的开启数量、终端颜色方案
/etc/init/tty.conf 控制tty终端的开启

将 bootmini/etc/inittab 的运行优先级改为2，那么系统启动时 /sbin/init 将执行 bootmini/etc/rc.d/rc2.d/ 目录下以 S 开头的文件，将一些不需要开启的服务文件名改为 K 开头。

在 bootmini/etc/rc.d/rc.local 文件中可以加入用户需要系统开机启动后自动执行的操作。

login 程序基于认证体系 PAM ， 配置文件在 /etc/pam.d/ 目录下，相关库文件有 /lib64/security/ 及其依赖的库文件； login 还涉及用户组管理 /bin/chgrp 、 /bin/chown 、 /bin/chmod 等，保存用户名的文件 /etc/passwd 、 /etc/group ，用户密码文件为 /etc/shadow 。其他一些涉及的文件可通过 strace 来帮助分析。

可在真机上运行的完整版小系统

部分目录文件：

/etc

/bin

/sbin

/usr/bin

/usr/sbin

至此，文件系统算是可以跑了。下一篇我们再造个轮子——进行 Linux 内核的裁剪。真机效果也将在下篇看到。

此文已由腾讯云+社区在各渠道发布

获取更多新鲜技术干货，可以关注我们 腾讯云技术社区-云加社区官方号及知乎机构号