完全启动 linux 所需的最小根文件系统应用程序是什么？

Question

完全启动 linux 所需的最小根文件系统应用程序是什么？

MDM*_*313 17 linux startup embedded architecture root-filesystem

这是一个关于用户空间应用程序的问题，但听我说！

可以这么说，启动 Linux 的功能性发行版需要三个“应用程序”：

Bootloader - 对于嵌入式，通常是 U-Boot，虽然不是硬性要求。
内核 - 这很简单。
根文件系统 - 没有它就无法引导到 shell。包含内核引导到的文件系统，其中init称为 form。

我的问题是关于#3。如果有人想构建一个极小的 rootfs（对于这个问题，我们假设没有 GUI，只有 shell），启动到 shell 需要哪些文件/程序？

Answer 1

Gil*_*il' 38

这完全取决于您希望在您的设备上拥有哪些服务。

程式

您可以让 Linux 直接引导至shell。它在生产中不是很有用——谁只想在那里有一个 shell——但是当你有一个交互式引导加载程序时，它作为一种干预机制很有用：传递init=/bin/sh到内核命令行。所有 Linux 系统（和所有 unix 系统）在/bin/sh.

您将需要一组shell 实用程序。BusyBox是一个非常常见的选择；它包含一个 shell 和用于文件和文本操作 ( cp, grep, ...)、网络设置 ( ping, ifconfig, ...)、进程操作 ( ps, nice, ...) 和各种其他系统工具 ( fdisk, mount, syslogd, ...) 的通用实用程序。BusyBox 是极其可配置的：您可以在编译时选择您想要的工具，甚至是个别功能，以获得适合您的应用程序的大小/功能折衷。除此之外sh，最起码，你真的不能做任何事情，而不是mount，umount和halt，但它是非典型的不也有cat，cp，mv，rm，mkdir, rmdir, ps,sync等等。BusyBox 安装为名为的单个二进制文件busybox，每个实用程序都有一个符号链接。

普通 unix 系统上的第一个进程称为init. 它的工作是启动其他服务。BusyBox 包含一个初始化系统。除了init二进制文件（通常位于/sbin），你需要它的配置文件（通常称为/etc/inittab-一些现代的init替代废除该文件，但你不会找到他们一个小型的嵌入式系统上），它们指出哪些服务启动什么时候。对于 BusyBox，/etc/inittab是可选的；如果它丢失，您会在控制台上获得一个 root shell，并且脚本/etc/init.d/rcS（默认位置）在启动时执行。

这就是您所需要的一切，当然，除了让您的设备发挥作用的程序之外。例如，在我运行OpenWrt变体的家用路由器上，唯一的程序是 BusyBox nvram（用于读取和更改 NVRAM 中的设置）和网络实用程序。

除非您的所有可执行文件都是静态链接的，否则您将需要动态加载器（ld.so，根据 libc 的选择和处理器体系结构可能以不同的名称调用）和所有动态库（/lib/lib*.so，可能是其中的一些/usr/lib）所需的这些可执行文件。

目录结构

该文件系统层次标准描述了Linux系统的公共目录结构。它面向桌面和服务器安装：在嵌入式系统上可以省略很多。这是典型的最小值。

/bin: 可执行程序（有些可能在其中/usr/bin）。
/dev：设备节点（见下文）
/etc: 配置文件
/lib: 共享库，包括动态加载器（除非所有可执行文件都是静态链接的）
/proc: proc 文件系统的挂载点
/sbin: 可执行程序。有区别/bin的是，/sbin对于那些只对系统管理员有用的程序，但这种区别并不在嵌入式设备上有意义的。您可以创建/sbin一个符号链接到/bin.
/mnt: 在维护期间将只读根文件系统作为临时挂载点很方便
/sys: sysfs 文件系统的挂载点
/tmp: 临时文件的位置（通常是tmpfs挂载）
/usr: 包含子目录bin,lib和sbin. /usr存在于不在根文件系统上的额外文件。如果你没有那个，你可以建立/usr一个到根目录的符号链接。

设备文件

以下是最小的一些典型条目/dev：

console
full （写入它总是报告“设备上没有剩余空间”）
log（程序用来发送日志条目的套接字），如果您有一个syslogd守护进程（例如 BusyBox 的）从中读取
null （就像一个总是空的文件）
ptmx和一个pts目录，如果您想使用伪终端（即控制台以外的任何终端）——例如，如果设备已联网并且您想通过 telnet 或 ssh 登录
random （返回随机字节，有阻塞的风险）
tty （总是指定程序的终端）
urandom （返回随机字节，从不阻塞，但在新启动的设备上可能是非随机的）
zero （包含无限的空字节序列）

除此之外，您还需要硬件条目（网络接口除外，这些条目不会在中获取条目/dev）：串行端口、存储等。

对于嵌入式设备，您通常会直接在根文件系统上创建设备条目。高端系统有一个被调用MAKEDEV来创建/dev条目的脚本，但在嵌入式系统上，该脚本通常不捆绑到图像中。如果某些硬件可以热插拔（例如，如果设备具有 USB 主机端口），那么/dev应该由udev管理（您可能仍然在根文件系统上有一个最小设置）。

启动时操作

除了根文件系统，您还需要挂载一些才能正常运行：

procfs on /proc（几乎不可或缺）
sysfs on /sys（几乎不可或缺）
tmpfs文件系统打开/tmp（允许程序创建将在 RAM 中的临时文件，而不是在可能在闪存中或只读的根文件系统上）
tmpfs、devfs 或 devtmpfs on /devif dynamic（请参阅上面“设备文件”中的 udev）
devpts on/dev/pts如果你想使用 [pseudo-terminals (见pts上面的评论)

您可以创建一个/etc/fstab文件并调用mount -a，或者mount手动运行。

启动一个系统日志守护进程（以及klogd内核日志，如果syslogd程序不处理它），如果你有任何地方可以写入日志。

在此之后，设备准备启动特定于应用程序的服务。

如何制作根文件系统

这是一个漫长而多样的故事，所以我在这里要做的就是提供一些提示。

根文件系统可以保存在 RAM 中（从 ROM 或闪存中的（通常是压缩的）映像加载），或基于磁盘的文件系统（存储在 ROM 或闪存中），或者从网络加载（通常通过TFTP）（如果适用） . 如果根文件系统在 RAM 中，请将其设为 initramfs — 其内容在启动时创建的 RAM 文件系统。

有许多框架可用于为嵌入式系统组装根映像。BusyBox FAQ中有一些提示。Buildroot是一种流行的方法，它允许您使用类似于 Linux 内核和 BusyBox 的设置来构建整个根映像。OpenEmbedded是另一个这样的框架。

维基百科有一个（不完整的）流行的嵌入式 Linux 发行版列表。您可能拥有的嵌入式 Linux 的一个示例是用于网络设备的OpenWrt操作系统系列（在修补匠的家用路由器上很流行）。如果您想通过经验学习，您可以从零开始尝试Linux，但它面向业余爱好者的桌面系统而不是嵌入式设备。

关于 Linux 与 Linux 内核的说明

融入 Linux 内核的唯一行为是在启动时启动的第一个程序。（我不会在这里讨论initrd和initramfs 的微妙之处。）这个程序，传统上称为init，具有进程 ID 1 并具有某些特权（对KILL 信号的免疫力）和责任（收割孤儿）。你可以运行一个带有 Linux 内核的系统，然后启动任何你想要的进程作为第一个进程，但是你拥有的是一个基于 Linux 内核的操作系统，而不是通常所说的“Linux”—— Linux，在常识中是一个类 Unix操作系统，其内核是Linux 内核. 例如，Android 是一个不是类 Unix 而是基于 Linux 内核的操作系统。

Answer 2

Kub*_*ica 6

您只需要一个静态链接的可执行文件，单独放置在文件系统上。您不需要任何其他文件。该可执行文件是 init 进程。它可以是busybox。这为您提供了一个 shell 和许多其他实用程序，所有这些都在其本身中。您可以通过在 busybox 中手动执行命令来安装根文件系统读写、创建 /dev 节点、exec real init 等，从而进入一个功能齐全的系统。

Answer 3

mir*_*los 5

如果您不需要任何 shell 实用程序，则mksh可以使用静态链接的二进制文件（例如，在 Linux/i386 上针对 klibc \xe2\x80\x93 130K）。您需要一个仅在循环中调用的/linuxrcor/init或脚本：/sbin/initmksh -l -T!/dev/tty1

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#!/bin/mksh\nwhile true; do\n    /bin/mksh -l -T!/dev/tty1\ndone\n

Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)\n\n

该-T!$tty选项是最近添加的，mksh它告诉它在给定的终端上生成一个新的 shell 并等待它。（在此之前，只能-T-d\xc3\xa6monise 一个程序并-T$tty在终端上生成，但不能等待它。这不太好。）该-l选项只是告诉它运行一个登录 shell（其内容为/etc/profile,~/.profile和~/.mkshrc）。

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这假设您的终端是/dev/tty1，替换。（更神奇的是，终端可以自动被发现。/dev/console不会给你完全的作业控制权。）

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您需要一些文件/dev才能使其工作：

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/开发/控制台
/dev/空
/dev/tty
/dev/tty1

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使用内核选项引导devtmpfs.mount=1无需填充/dev，只需将其设置为空目录（适合用作挂载点）。

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您通常需要一些实用程序（来自 klibc、busybox、beastiebox、toybox 或 toolbox），但实际上并不需要它们。

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您可能想要添加一个~/.mkshrc文件，该文件设置 $PS1 和一些基本的 shell 别名和函数。

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我曾经仅使用 mksh（及其示例 mkshrc 文件）和 klibc-utils 为 Linux/m68k 制作了 171K 压缩（371K 未压缩）initrd。（不过，这是在 -T! 添加到 shell 之前，因此它生成了登录 shell，/dev/tty2并向控制台回显一条消息，告诉用户切换终端。）它工作正常。

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这确实是一个最低限度的设置。其他答案为更具特色的系统提供了极好的建议。这确实是一个特例。

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免责声明：我是 mksh 开发人员。

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Answer 4

Cir*_*郝海东 5

最小初始化 hello world 程序一步一步

如这个答案所示，您所需要的只是一个静态链接的 ELF 文件，甚至不需要标准库，因此是一个具有单个文件的文件系统。

编译一个没有任何依赖项的 hello world，并以无限循环结束。init.S:

.global _start
_start:
    mov $1, %rax
    mov $1, %rdi
    mov $message, %rsi
    mov $message_len, %rdx
    syscall
    jmp .
    message: .ascii "FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR\n"
    .equ message_len, . - message

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我们不能使用sys_exit，否则内核会出现恐慌。

然后：

mkdir d
as --64 -o init.o init.S
ld -o init d/init.o
cd d
find . | cpio -o -H newc | gzip > ../rootfs.cpio.gz
ROOTFS_PATH="$(pwd)/../rootfs.cpio.gz"

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这将创建一个带有 hello world 的文件系统/init，这是内核将运行的第一个用户态程序。我们还可以添加更多文件，并且当内核运行时d/可以从程序访问它们。/init

然后cd进入Linux内核树，像往常一样构建，并在QEMU中运行它：

git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git
cd linux
git checkout v4.9
make mrproper
make defconfig
make -j"$(nproc)"
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage -initrd "$ROOTFS_PATH"

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你应该看到一行：

FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR

Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)

在模拟器屏幕上！请注意，这不是最后一行，因此您必须进一步查看。

如果静态链接 C 程序，您也可以使用它们：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR\n");
    sleep(0xFFFFFFFF);
    return 0;
}

Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)

和：

gcc -static init.c -o init

Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)

您可以在具有 USB 的真实硬件上运行，并且/dev/sdX：

make isoimage FDINITRD="$ROOTFS_PATH"
sudo dd if=arch/x86/boot/image.iso of=/dev/sdX

Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)

关于这个主题的重要资料：http://landley.net/writing/rootfs-howto.html它还解释了如何使用gen_initramfs_list.sh，这是来自 Linux 内核源代码树的脚本，可帮助自动化该过程。

为您提供 shell 的最小设置

Buildroot 是我最喜欢的选项，请参阅以下讨论：What is the Small possible Linux implementation?

此时，您基本上必须处理标准库，谁会在sh没有标准库的情况下编写 shell？因此，您最好只使用一些自动化脚本来设置所有这些。

在 Ubuntu 16.10、QEMU 2.6.1 上测试。

归档时间：	11 年，6 月前
查看次数：	14192 次
最近记录：	5 年，6 月前