busybox详解制作根文件系统

详解制作根文件系统

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一、FHS（Filesystem Hierarchy Standard）标准介绍

当我们在linux下输入ls / 的时候，见到的目录结构以及这些目录下的内容都大同小异，这是因为所有的linux发行版在对根文件系统布局上都遵循FHS标准的建议规定。

该标准规定了根目录下各个子目录的名称及其存放的内容：

目录名

/bin

/sbin

/dev

/etc

/lib

/home

/root

/usr/bin

/usr/sbin

/usr/lib

/var

/proc

/sys

/mnt

/tmp

存放的内容

必备的用户命令，例如ls、cp等

必备的系统管理员命令，例如ifconfig、reboot等

设备文件，例如mtdblock0、tty1等

系统配置文件，包括启动文件，例如inittab等

必要的链接库，例如C链接库、内核模块

普通用户主目录

root用户主目录

非必备的用户程序，例如find、du等

非必备的管理员程序，例如chroot、inetd等

库文件

守护程序和工具程序所存放的可变，例如日志文件

用来提供内核与进程信息的虚拟文件系统，由内核自动生成目录下的内容

用来提供内核与设备信息的虚拟文件系统，由内核自动生成目录下的内容

文件系统挂接点，用于临时安装文件系统

临时性的文件，重启后将自动清除

制作根文件系统就是要建立以上的目录，并在其中建立完整目录内容。其过程大体包括：

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编译／安装busybox，生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录

利用交叉编译工具链，构建/lib目录

手工构建/etc目录

手工构建最简化的/dev目录

创建其它空目录

配置系统自动生成/proc目录

利用udev构建完整的/dev目录

制作根文件系统的jffs2映像文件

下面就来详细介绍这个过程。

二、编译／安装busybox，生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录

这些目录下存储的主要是常用命令的二进制文件。如果要自己编写这几百个常用命令的源程序，my god，

这简直是一个噩梦！好在我们有嵌入式Linux系统的瑞士军刀——busybox，事情就简单很多。

1、从/ 下载2

2、tar xjvf 2解包

3、修改Makefile文件

175 ARCH ?= arm

176 CROSS_COMPILE ?= arm-linux-

4、make menuconfig配置busybox

busybox配置主要分两部分。

第一部分是Busybox Settings，主要编译和安装busybox的一些选项。这里主要需要配置：

1）、Build Options -- Build BusyBox as a static binary (no shared libs)，表示编译busybox时，是否静态链接C库。我们选择动态链接C库。

2）、Installation Options -- Applets links (as soft-links) -- (X) as soft-links，表示安装busybox时，将各个命令安装为指向busybox的软链接还是硬链接。我们选择软链接。

3）、Installation Options -- (/work/nfs_root/fs_mini3) BusyBox installation prefix，表示busybox的安装位置。我们选择/work/nfs_root/fs_mini3

4）Busybox Library Tuning。保留Command line editing以支持命令行编辑；保留History size以支持记忆历史命令；选中Tab completion和Username completion以支持命令自动补全

第二部分是Applets，他将busybox的支持的几百个命令分门别类。我们只要在各个门类下选择想要的命令即可。这里我们基本保持默认设置。

1）选中Networking Utilities -- httpd下的Enable -u option，以启用http服务器的功能allows the server to run as a specific user

5、编译busybox

make

6、安装busybox

make install

安装完成后，可以看到在/work/nfs_root/fs_mini3目录下生成了binsbinusr/binusr/sbin目录，其下包含了我们常用的命令，这些命令都是指向bin/busybox的软链接，而busybox本身的大小不到800K：

dennis@dennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3$ ls

bin linuxrc sbin usr

dennis@dennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3$ ls -l bin

total 740

lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 7 2010-04-03 23:57 addgroup -> busybox

lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 7 2010-04-03 23:57 adduser -> busybox

lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 7 2010-04-03 23:57 ash -> busybox

-rwxr-xr-x 1 dennis dennis 749632 2010-04-03 23:57 busybox

lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 7 2010-04-03 23:57 cat –> busybox

而普通PC机上的ls命令就有差不多80K的大小：

dennis@dennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3$ ls -l /bin/ls

-rwxr-xr-x 1 root root 78004 2007-09-29 20:51 /bin/ls

busybox以它娇小的身躯容纳了数以百计的命令代码，实在是让人佩服不已，其不愧嵌入式系统瑞士军刀之美誉。据说，busybox的作者身患绝症，这更让人钦佩GNU开源软件的作者们。

三、利用交叉编译工具链，构建/lib目录

光有应用程序（命令）是不够的，因为应用程序本身需要使用C库的库函数，因此还必需制作for ARM的C库，并将其放置于/lib目录。my god，要自己写C库的源代码吗？不用！还记得交叉编译工具链的3个组成部分吗？交叉编译器、for ARM的C库和二进制工具。哈哈，for ARM的C库是现成的，我们只需要拷贝过来就可以了。遗憾的是：整个C库目录下的文件总大小有26M。而我们根文件系统所在分区不过区区16M而已，根本放不下。怎么办呢？

dennis@dennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3$ du -s --si

/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib

26M /work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib

需要C库目录下所有的文件吗？no，absolutely no! 让我们来分析一下glibc库目录下内容的组成。该目录下的子目录和文件共分8类：

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目标文件，如crtn.o，用于gcc链接可执行文件

libtool库文件（.la），在链接库文件时这些文件会被用到，比如他们列出了当前库文件所依赖的其它库文件，程序运行时无需这些文件

gconv目录，里面是各种链接脚本，在编译应用程序时，他们用于指定程序的运行地址，各段的位置等

静态库文件（.a），例如libm.a，libc.a

动态库文件 （.so、.so.[0-9]*）

动态链接库加载器、.2

其它目录及文件

很显然，第1、2、3、4、7类文件和目录是不需要拷贝的。

由于动态链接的应用程序本身并不含有它所调用的C库函数的代码，因此执行时需要动态链接库加载器来为它加载相应的C库文件，所以第6类文件是需要拷贝的。

除此之外，第5类文件当然要拷贝。但第5类文件的大小也相当大。

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ du -c --si *.so*

7.2M total

需要全部拷贝吗？非也，非也！其实，需要哪些库完全取决于要运行的应用程序使用了哪些库函数。如果我们只制作最简单的系统，那么我们只需要运行busybox这一个应用程序即可。通过执行

dennis@dennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3$ arm-linux-readelf -a bin/busybox | grep

'Shared'

0x00000001 (NEEDED) Shared library: [.1]

0x00000001 (NEEDED) Shared library: [.6]

0x00000001 (NEEDED) Shared library: [.6]

可知：busybox只用到了3个库：通用C库（libc）、数学库（libm）、加密库（libcrypt），因此我们只需要拷贝这3个库的库文件即可。但是每个库都有4个文件，4个文件都要拷贝吗？当然不是。

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ ls -l libcrypt[.-]*

-rwxr-xr-x 1 dennis dennis 30700 2008-01-22 05:32

-rw-r--r-- 1 dennis dennis 23118 2008-01-22 05:32 libcrypt.a

lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 13 2008-12-22 15:38 -> .1

lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 17 2008-12-22 15:38 .1 ->

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ ls -l libm[.-]*

-rwxr-xr-x 1 dennis dennis 779096 2008-01-22 05:31

-rw-r--r-- 1 dennis dennis 1134282 2008-01-22 05:32 libm.a

lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 9 2008-12-22 15:38 -> .6

lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 13 2008-12-22 15:38 .6 ->

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ ls -l libc[.-]*

-rwxr-xr-x 1 dennis dennis 1435660 2008-01-22 05:48

-rw-r--r-- 1 dennis dennis 2768280 2008-01-22 05:31 libc.a

-rw-r--r-- 1 dennis dennis 195 2008-01-22 05:34

lrwxrwxrwx 1 dennis dennis 13 2008-12-22 15:38 .6 ->

4个文件中的.a文件是静态库文件，是不需要拷贝的。另外3个文件是：

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实际的共享链接库：libLIBRARY_NAME-GLIBC_。当然需要拷贝。

主修订版本的符号链接，指向实际的共享链接库：libLIBRARY__REVISION_VERSION，程序一旦链接了特定的链接库，将会参用该符号链接。程序启动时，加载器在加载程序前，会检索该文件。所以需要拷贝。

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与版本无关的符号链接，指向主修订版本的符号连接（是唯一的例外，他是一个链接命令行：libLIBRARY_，是为编译程序时提供一个通用条目）。这些文件在程序被编译时会被用到，但在程序运行时不会被用到，所以不必拷贝它。

关于共享库的2个符号链接的作用的特别说明：

当我们使用gcc hello.c -o hello -lm编译程序时，gcc会根据-lm的指示，加头（lib）添尾（.so）得到，从而沿着与版本无关的符号链接（ -> .6）找到.6并记录在案（hello的ELF头中），表示hello需要使用.6这个库文件所代表的数学库中的库函数。而当hello被执行的时候，动态链接库加载器会从hello的ELF头中找到.6这个记录，然后沿着主修订版本的符号链接（.6 -> ）找到实际的共享链接库，从而将其与hello作动态链接。可见，与版本无关的符号链接是供编译器使用的，主修订版本的符号链接是供动态链接库加载器使用的，而实际的共享链接库则是供应用程序使用的。

通过以上分析，我们只需要拷贝3个库（每个库各1个主修订版本的符号链接和1个实际的共享链接库）以及动态链接库加载器（1个符号链接和1个实体文件）。步骤如下：

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ mkdir

/work/nfs_root/fs_mini3/lib

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp libcrypt-*

/work/nfs_root/fs_mini3/lib

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp -l .*

/work/nfs_root/fs_mini3/lib

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp libm-*

/work/nfs_root/fs_mini3/lib

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp -l .*

/work/nfs_root/fs_mini3/lib

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp libc-*

/work/nfs_root/fs_mini3/lib

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp -l .*

/work/nfs_root/fs_mini3/lib

dennis@dennis-desktop:/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib$ cp -l ld-*

/work/nfs_root/fs_mini3/lib

四、手工构建/etc目录

/etc目录存放的是系统程序的主配置文件，因此需要哪些配置文件取决于要运行哪些系统程序。即使最小的系统也一定会运行1号用户进程init，所以我们至少要手工编写init的主配置文件inittab。busybox的inittab文件的语法、语义与传统的SYSV的inittab有所不同。

inittab文件中每个条目用来定义一个需要init启动的子进程，并确定它的启动方式，格式为:::。例如：ttySAC0::askfirst:-/bin/sh

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表示子进程要使用的控制台，若省略则使用与init进程一样的控制台

表示运行级别，busybox init程序这个字段没有意义

表示init进程如何控制这个子进程

sysinit：系统启动后最先执行，只执行一次，init进程等待它结束后才继续执行其它动作

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其它动作

wait：系统执行完sysinit条目后执行，只执行一次，init进程等待它结束后才继续执行•

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once：系统执行完wait条目后执行，只执行一次，init进程不等待它结束

respawn：启动完once进程后，init进程监测发现子进程退出时，重新启动它

askfirst：启动完respawn进程后，与respawn类似，不过init进程先输出” Please

press Enter to activate this console“，等用户输入回车后才启动子进程

shutdown：当系统关机时

restart：Busybox中配置了CONFIG_FEATURE_USE_INITAB，并且init进程接收到SIGUP信号时执行，先重新读取、解析/etc/inittab文件，再执行restart程序

ctrlaltdel：按下ctrl+alt+del键时执行，不过在串口控制台中无法输入它

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表示进程对应的二进制文件。如果前面有-号，表示该程序是“可以与用户进行交互的”

我们制作最简单的/etc/inittab文件，其内容如下：

::sysinit:/etc/init.d/rcS

::askfirst:-/bin/sh

::ctrlaltdel:/sbin/reboot

::shutdown:/bin/umount -a –r

制作最简单的脚本程序文件/etc/init.d/rcS，其内容如下：

#!/bin/sh

ifconfig eth0 192.168.2.17

修改shell脚本文件/etc/init.d/rcS的权限，以使其可被执行：

# chmod a+x /etc/init.d/rcS

五、手工构建最简化的/dev目录

在linux机器上，执行ls /dev可看到几百个设备文件，我需要手工创建它们吗？maybe，我只需要手工创建几个设备文件！我怎么知道我应该创建哪几个设备文件呢？管它呢，先看看开发板上可爱的linux的反应再说。

启动Linux操作系统，显示：

VFS: Mounted root (nfs filesystem).

Freeing init memory: 112K

Warning: unable to open an initial console.

这说明，内核已经成功挂载根文件系统，但却未能成功启动第1个用户进程init。通过错误消息“unable to

open an initial console”搜索内核源代码，找到init/main.c文件。

748 static int noinline init_post(void)

749 {

750 free_initmem();

751 unlock_kernel();

752 mark_rodata_ro();

753 system_state = SYSTEM_RUNNING;

754 numa_default_policy();

755

756 if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)

757 printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.n");

758

759 (void) sys_dup(0);

760 (void) sys_dup(0);

761

762 if (ramdisk_execute_command) {

763 run_init_process(ramdisk_execute_command);

764 printk(KERN_WARNING "Failed to execute %sn",

765 ramdisk_execute_command);

766 }

767

768 /*

769 * We try each of these until one succeeds.

770 *

771 * The Bourne shell can be used instead of init if we are

772 * trying to recover a really broken machine.

773 */

774 if (execute_command) {

775 run_init_process(execute_command);

776 printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s. Attempting "

777 "", execute_command);

778 }

779 run_init_process("/sbin/init");

780 run_init_process("/etc/init");

781 run_init_process("/bin/init");

782 run_init_process("/bin/sh");

783

784 panic("No init found. Try passing init= option to kernel.");

785 }

显然，内核错误是由175行不能打开/dev/console所致。通过查看已经安装好的linux机器的/dev/console设备文件，可知其是字符设备文件，主设备号为5，次设备号为1：

dennis@dennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3/etc$ ls -l /dev/console

crw------- 1 root root 5, 1 2010-04-08 08:40 /dev/console

因此，我们使用下面的命令创建它：

dennis@dennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3/dev$ sudo mknod console c 5 1

还需要创建其它设备文件吗？只有天知道！再看看linux的反应。

VFS: Mounted root (nfs filesystem).

Freeing init memory: 112K

init: can't open '/dev/null': No such file or directory

这次我们有经验了，如法炮制，创建/dev/null设备文件：

dennis@dennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3/dev$ sudo mknod null c 1 3

再次重启开发板上的linux，显示

VFS: Mounted root (nfs filesystem).

Freeing init memory: 112K

init started: BusyBox v1.7.0 (2010-04-03 23:53:55 CST)

starting pid 229, tty '': '/etc/init.d/rcS'

Please press Enter to activate this console.

starting pid 231, tty '': '/bin/sh'

#

哈哈，我们成功了，终于可以K歌去了。

六、创建其它空目录

K完歌回来，继续战斗。

dennis@dennis-desktop:/work/nfs_root/fs_mini3$ mkdir home root proc sys tmp mnt var

再次重启动开发板上的linux。咦，似乎有些问题。

VFS: Mounted root (nfs filesystem).

Freeing init memory: 112K

init started: BusyBox v1.7.0 (2010-04-03 23:53:55 CST)

starting pid 229, tty '': '/etc/init.d/rcS'

Please press Enter to activate this console.

starting pid 231, tty '': '/bin/sh'

# ps

PID Uid VSZ Stat Command

#

ps竟然看不到任何进程的存在！让我想想。对了，ps的机制是通过查看/proc中的内容来获得进程信息的。那么，目前/proc里有哪些内容呢？

# ls /proc

#

竟然空空如野！这可如何是好？

七、配置系统自动生成/proc目录

其实/proc是用来提供内核与进程信息的虚拟文件系统，由内核自动生成目录下的内容。不过需要我们设置一下，将/etc/init.d/rcS修改为：

#!/bin/sh

ifconfig eth0 192.168.2.17

mount -t proc none /proc

对于mount -t proc none /proc 的解释：通常情况下mount命令应该写为mount –t ext2 /dev/hdb1

/proc。但由于现在挂载的/proc是虚拟文件系统，它不与任何物理硬盘分区相对应，因此在表示物理硬盘分区的位置用占位符none来表示。

重启开发板上的linux，显示成功了：

Please press Enter to activate this console.

starting pid 232, tty '': '/bin/sh'

# ps

PID Uid VSZ Stat Command

1 0 3088 S init

2 0 SW< [kthreadd]

3 0 SWN [ksoftirqd/0]

4 0 SW< [events/0]

5 0 SW< [khelper]

41 0 SW< [kblockd/0]

42 0 SW< [ksuspend_usbd]

45 0 SW< [khubd]

47 0 SW< [kseriod]

59 0 SW [pdflush]

60 0 SW [pdflush]

61 0 SW< [kswapd0]

62 0 SW< [aio/0]

177 0 SW< [mtdblockd]

226 0 SW< [rpciod/0]

232 0 3092 S -sh

233 0 3092 R ps

#

八、利用udev构建完整的/dev目录

高兴地插入U盘，内核显示识别到了U盘：

# usb 1-1: new full speed USB device using s3c2410-ohci and address 2

usb 1-1: not running at top speed; connect to a high speed hub

usb 1-1: configuration #1 chosen from 1 choice

scsi0 : SCSI emulation for USB Mass Storage devices

scsi 0:0:0:0: Direct-Access Teclast CoolFlash 0.00 PQ: 0 ANSI: 2

sd 0:0:0:0: [sda] 12560384 512-byte hardware sectors (6431 MB)

sd 0:0:0:0: [sda] Write Protect is off

sd 0:0:0:0: [sda] Assuming drive cache: write through

sd 0:0:0:0: [sda] 12560384 512-byte hardware sectors (6431 MB)

sd 0:0:0:0: [sda] Write Protect is off

sd 0:0:0:0: [sda] Assuming drive cache: write through

sda: sda1

sd 0:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk

但当要使用的时候，却找不到设备文件：

# mount /dev/sda1 /mnt

mount: mounting /dev/sda1 on /mnt failed: No such file or directory

# ls /dev/sda1

ls: /dev/sda1: No such file or directory

/dev目录下只有可怜巴巴的2个设备文件。

# ls /dev

console null

在linux机器上，执行ls /dev可看到几百个设备文件，难道要我揉着酸疼的眼睛查看这几百个设备文件的主、次设备号，然后再手工使用mknod命令来生成这几百个设备文件吗？那你不如杀了我算了！其实构建/dev目录有3种方法：

•

•

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创建静态设备文件：需要使用mknod命令事先创建很多设备文件，麻烦大了

使用devfs：使用上存在一些问题，在2.6.13后已被废弃

使用udev(user dev)，我们采用该方法

udev的原理是：操作系统启动的时候将识别到的所有设备的信息自动导出到/sys目录，然后用户态的应用程序udev根据/sys中的设备信息，自动在/dev目录下创建所有正确的设备文件。因此我们要做的就是：配置自动生成/sys目录下的内容并调用mdev（mdev是busybox中对udev的简化实现）。

# ls /sys

# mount -t sysfs none /sys

# ls /sys

block class firmware kernel power

bus devices fs module

# ls /dev

console null

# mdev -s

# ls -l dev | wc -l

140

# ls /dev/sda*

/dev/sda /dev/sda1

可是，当我们将U盘拔出后，发现/dev/sda1并不自动消失；手工删除/dev/sda1后，再重新插入U盘，/dev/sda1也不会自动生成。我们需进行如下操作，以使系统能够实现即插即用：

# echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug

将上述工作放到rcS中：

#!/bin/sh

ifconfig eth0 192.168.2.17

mount -t proc none /proc

mount -t sysfs none /sys

echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug

mdev -s

九、使用tmpfs挂载/dev、/tmp、/var目录

似乎我们的根文件系统已经相当完善了。但仔细想一想Nand flash的擦写寿命是有限的这个事实，我们就应该明白，我们应该将/dev、/tmp、/var三个目录挂载为tmpfs文件系统。修改rcS如下：

#!/bin/sh

ifconfig eth0 192.168.2.17

mount -t proc none /proc

mount -t sysfs none /sys

mount -t tmpfs none /dev

mount -t tmpfs none /var

mount -t tmpfs none /tmp

echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug

mdev -s

十、制作根文件系统的jffs2映像文件

根文件系统已经制作完毕，最后一个步骤是将其打包为jffs2映像文件，以供bootloader将其烧录到nand

flash上。这只需要执行命令：

dennis@dennis-desktop:/work/nfs_root$ 2 -n -s 512 -e 16KiB -d fs_mini3 -o

fs_2

这其中：

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-n表示不要在每个擦除块上都加上清除标记

-s 512指明一页大小为512字节

-e 16KiB指明一个擦除块大小为16KB

•

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-d fs_mini3指明要打包的目录

-o fs_2指明最终的映像文件名

但由于jffs2映像文件制作工具程序2 尚未安装，另外该程序需要用到zlib库，因此我们必须先安装它们：

安装zlib(编译MTD设备工具包需要它)

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tar xzvf

cd zlib-1.2.3

./configure –shared –prefix=/usr

make

sudo make install

安装MTD工具包（其中含有jffs2映像文件制作工具）

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tar xjvf 2

cd mtd-utils-05.07.23/util

make

sudo make install