制作基于软盘的Linux系统

制作基于软盘的Linux系统
（张宏伟、欧阳平平　2001年07月26日 11:22）

嵌入式Linux由一个几百KB的kernel（内核）和一些根据需要进行定制的系统模块组成。由于Linux是开放源代码的操作系统，因此，其在嵌入式领域有其不可替代的成本和高度灵活性等优势。

将Linux系统裁减到就像DOS一样只要一张软盘就能启动，是制作嵌入式Linux的基础。网络上有许多实现方法的介绍，但是在实践过程中都或多或少存在着一些问题或不方便之处。我们结合自己在这方面的实践经验，详细介绍基于软盘的Linux系统制作过程。

三个基本元素 
一个嵌入式Linux系统只需要下面三个基本元素：引导程序、Linux微内核（由内存管理、进程管理和事务处理构成）和初始化进程。如果要让它有更多的 功能且保持小型化，还可以加上文件系统、TCP/IP网络支持、GUI(图形用户界面)和设计精简的应用程序，并将其放在ROM、RAM、FLASH或 Disk On Chip中启动。由于嵌入式Linux操作系统的高度灵活性，开发者可以很容易地对它进行定制或作适当开发，来满足实际应用需要。

将Linux 的系统裁减到只要一张软盘就能启动，不但是制作嵌入式Linux的基础，而且自己也有广泛的应用前景。这些应用包括简单路由器管理、三层交换机管理、 floppy-boot防火墙管理等。国外有专门的组织致力于这方面的工作，如LOAF(Linux on a floopy)等组织。

选择内核 
创建一个启动盘首先必须创建系统内核。由于软盘容量有限，因此常采用对内核进行手工配置，去掉不必要的模块的方法来裁减内核。

要想裁减内核体积，创建它时就得把不必要的功能去掉，如去掉对网络的支持和对不必要设备的支持。但是一定要记住保留内核对RAMDISK和ext2的支持，否则启动盘将不能工作。其过程如下：

1）以root超级用户登录，进入目录/usr/src/linux。

2）执行#make menuconfig来对内核模块进行配置（也可以在X Window中运行make xconfig）。

3）依次执行#make dep 和#make bzImage (如果内核不大则执行#make zImage),执行该命令后，将在/usr/src/linux/arch/i386/boot目录下生成内核文件bzImage(或zImage)。 若配置中加入了模块的支持(选项为M)，还需要执行#make modules和#make modules_install。

4）用命令#cp usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage /boot拷贝新内核到/boot目录,修改文件/etc/lilo.conf，加入：

image = /boot/bzImage
label = new
root =/dev/hdxx(你自己的启动硬盘分区)
read-only

执行命令#lilo载入新内核，#reboot重启系统，在出现“lilo:”时键入new。若系统正常引导，则执行下一步，若不行则用老内核引导后，到步骤1）重新配置编译内核。

5）插入软盘执行

#dd bs=1k if=/usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage of=/dev/fd0

这样将内核拷贝到软盘上。

6）用命令#ls -s 将在/usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage 得到内核的大小(假定为476），将这个大小记录下来以备后用。

这样就制作了包含裁减内核的可供启动的Linux启动软盘。但是由于没有root文件系统，使用这张软盘启动系统后，系统会显示 “VFS: cannot open root device x:x”和“kernel panic: VFS: unalbe to boot root fs on x:x”的错误。

root文件系统 
一个root文件系统必须包括支持完整Linux系统的全部东西，因此，它至少应包括：基本文件系统结构；至少含有目录/dev、/proc、 /bin、/etc、/lib、/usr、/tmp ；最基本的应用程序，如sh、ls、cp、mv等；最低限度的配置文件，如rc、inittab、fstab等；设备：/dev/hd*、/dev/ tty*、/dev/fd0；基本程序运行所需的函数库。

由于以上所需文件远超过1.44M，因此我们通常的做法是在准备好内容后将其压缩到软盘中。当用软盘启动时，再把文件解压到内存中，形 成一个虚拟盘（RAMDISK），通过RAMDISK控制系统启动。如果你使用LILO控制启动，先检查一下LILO的配置文件 /etc/lilo.conf中定义的RAMDISK的大小：

RAMDISK_SIZE = nnn

创建root文件系统 
回到根目录或用户的缺省目录，用#mkdir flop建立工作目录flop。在这个目录下用mkdir建立以下一些目录：
/dev，设备；
/proc - proc文件系统所需目录；
/etc，系统配置文件；
/sbin，重要的系统程序；
/bin，基本应用程序；
/lib，共享函数库；
/mnt，装载其他 磁盘节点；
/usr，附加应用程序。

其中/proc、/mnt和/usr在此情况下都是空的，只需要用mkdir创建它们即可。其余的目录应根据需要分别创建。下面对它们一个一个地详细叙述。

/dev：这个目录中含有系统不可缺少的设备文件。你可以把现有系统中/dev的文件拷贝过来，然后删除不必要的文件。不过一定要保留console、kmem、mem、null、ram、tty*等文件。其余的都可以根据需要删除。
/etc： 这个目录中含有一些必不可少的系统配置文件。一般可以包含rc.d/* (系统启动脚本)、fstab(列出要登录的文件系统)、inittab(包含启动过程参数)、passwd (用户名和目录)、group(用户组)、shadow(用户加密密码)。如果不使用init作为登录进程，而将init链接到/bin/bash，则 /etc目录下可以不含有任何文件。
/bin和/sbin：该目录中包含有必不可少的应用程序，如ls、mv、cat、cp、getty(mingettty)。也可以根据自己的需要选择，不过一定要记住包括以下程序：init、getty、login、mount、bash。
/lib: 该目录中包含有你的启动盘启动过程中所需要的共享函数库。在/lib目录下还必须有函数库装载器，这个装载器或是ld.so (对 a.out 库) 或是 ld-linux.so (对 ELF 库)。

模块 
如果有一个模块化的内核，你还得必须考虑需要加载的模块。它们都位于/lib/modules。你可以把不是很重要的模块放到别的盘上，当系统启动后再加载，这样会节省启动盘的空间。

打包 
1）建立loop设备的临时挂接点和一个大小为4.6兆(大小可以调节)的临时文件，并将其清零：

#mkdir /mnt/loop 2>/dev/null
#dd if=/dev/zero of=/tmp/loop_tmp bs=1k count=4600 >/dev/null

2）将loop设备与临时文件联系起来

#losetup /dev/loop0 /tmp/loop_tmp

3）Linux内核识别两种可以直接拷贝到RAMDISK的文件系统，它们是minix 和ext2，ext2性能更好：

#mke2fs -m 0 /dev/loop0 2>/dev/null

#mke2fs将会自动判断设备容量的大小并相应地配置自身，-m 0参数防止它给root保留空间，这样会腾出更多的有用空间。

4）接着把虚拟盘挂在节点/mnt上：

#mount /dev/loop0 /mnt/loop -t ext2

5）将制作好的root文件系统拷贝到所挂的节点上，卸下挂接点，删除建立的挂接点，再取消loop设备与临时挂接点的联系。

#cp -a ./tree/* /mnt/loop
#umount /mnt/loop
#rmdir /mnt/loop 2>/dev/null
#losetup -d /dev/loop0

6）压缩文件系统后，就拥有了一个压缩的root文件系统，删除建立的临时文件。

#dd if=/tmp/loop_tmp | gzip -9 > rootfs.gz
#rm -f /tmp/loop_tmp

7）检查压缩后的root文件系统的大小，如果大了，还得去掉一些东西。

#ls -s ./zImage|cut -f2 -d

整合 
有了root文件系统和内核之后，最后的工作就是把它们整合在一起。

先检查总文件的大小，包括已经制作的内核和打包的root文件系统。如果超出1.44M，就得考虑重新创建。root文件系统所需的所有文件都准备就绪，你就可以运行它了，运行结果应该没有错误，否则就应该仔细检查一下。

真正的嵌入式Linux系统 
到这里基于软盘的Linux盘已经做好了，剩下的工作就是测试这张盘的正确性，如果有问题还得从头再来。现在许多Linux的发行套件中都有厂家做好的启 动盘，它们的制做原理和以上介绍的大同小异，但是它们常常使用许多不同的技巧，因为它们要面对更多的硬件和各种可能发生的情况。

真正的基于IA应用的嵌入式Linux还必须加入GUI(图形用户界面)和设计精简的应用程序，如网络浏览器等。GUI方面开放源代码 的，国外有Microwindows(可访问www.microwindows.org)，国内有miniGUI(可访问 www.minigui.org)。它们的源代码都可以在网上找到。浏览器方面用得较广的是ViewML(www.viewml.org)，它也是开放源 代码的。结合以上一些工具，再加上对硬件驱动程序的开发，就可以形成一套嵌入式的Linux操作系统。