自己定制一个Linux文件系统

1万 · 2022-1-1 21:54

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

利用原有系统复制必备部件到新存储器
利用initrd.img机制在RAM Disk中测试
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：