用 BusyBox 构建根文件系统

根文件系统

根文件系统的构建，是Linux移植三大组成部分的最后一步，根文件系统构建好后，就构成了一个基础的、可以运行的嵌入式Linux最小系统

1. 根文件系统简介

Linux的根文件系统一般也叫做 rootfs，Linux的根文件系统更像是一个文件夹或者叫做目录，在这个目录里面会有很多的子目录。根目录下和子目录中会有很多的文件，这些文件是Linux运行所必须的，比如库、常用的软件和命令、设备文件、配置文件等等。

根文件系统的“根”字就说明了这个文件系统的重要性，它是其他文件系统的根，没有这个“根” ，其他的文件系统或者软件就别想工作。比如我们常用的 ls、mv、ifconfig 等命令其实就是一个个小软件，只是这些软件没有图形界面，而且需要输入命令来运行。这些小软件就保存在根文件系统中。

在构建根文件系统之前，先来看一下根文件系统里面都有些什么内容，根文件系统的目录名字为‘/’ ，就是一个斜杠。下面以Ubuntu为例，来看看根文件系统里都有些什么内容

一些常用的子目录介绍如下表示

目录	描述
/bin	此目录下存放着系统需要的可执行文件，一般都是一些命令，比如 ls、mv 等命令
/dev	device的缩写，此目录下的文件都是和设备有关的。在Linux下一切皆文件，即使是硬件设备，也是以文件的形式存在的，比如/dev/ttymxc0就表示串口0
/etc	此目录下存放着各种配置文件
/lib	lib是library的简称，也就是库的意思，因此此目录下存放着Linux所必须的库文件
/mnt	临时挂载目录，一般是空目录，可以在此目录下创建空的子目录，比如/mnt/sd、/mnt/usb，这样就可以将SD卡或者U盘挂载到/mnt/sd 或者/mnt/usb 目录中
/proc	此目录一般是空的，当Linux系统启动以后会将此目录作为proc文件系统的挂载点，proc是个虚拟文件系统，没有实际的存储设备。proc里面的文件都是临时存在的，一般用来存储系统运行信息文件
/usr	usr不是user的缩写，而是Unix Software Resource的缩写，即Unix操作系统软件资源目录。Linux 一般被称为类Unix操作系统。既然是软件资源目录，因此/usr 目录下也存放着很多软件，一般系统安装完成以后此目录占用的空间最多
/var	此目录存放一些可以改变的数据
/sbin	此目录页用户存放一些可执行文件，但是此目录下的文件或者说命令只有管理员才能使用，主要用于系统管理
/sys	系统启动以后此目录作为 sysfs 文件系统的挂载点，sysfs是一个类似于 proc文件系统的特殊文件系统，sysfs也是基于RAM的文件系统，也就是说它也没有实际的存储设备。此目录是系统设备管理的重要目录
/opt	可选的文件、软件存放区，由用户选择将哪些文件或软件放到此目录中

2. BusyBox构建根文件系统

2.1 BusyBox简介

BusyBox是一个集成了大量的Linux命令（如ls、mv、ifconfig 等命令）和工具的软件。借助BusyBox，进行配置和编译，就可以方便的构建一个嵌入Linux平台所需要的根文件系统。

可在BusyBox官网 https://busybox.net/ 下载源码，如下图

左侧的“Get BusyBox”栏有一行“Download Source” ，点击“Download Source”即可打开 BusyBox 的下载页

目前最新版本是1.35.0，本文使用1.29.0版本（busybox-1.29.0.tar.bz2）来做讲解

2.2 编译BusyBox构件根文件系统

一般在Linux驱动开发的时候都是通过NFS挂载根文件系统的，当调试好之后再将根文件系统烧写到 EMMC或者NAND中，因此需要先在ubuntu虚拟机中构建NFS服务。在nfs服务器目录中创建名为rootfs的子目录，用来存放我们的根文件系统

将busybox-1.29.0.tar.bz2发送到Ubuntu中的合适位置解压：

tar -vxjf busybox-1.29.0.tar.bz2

解压后的文件如下:

⏩ 修改Makefile添加编译器

#修改Makefile的目的是为了在编译时，可以不用在指定编译器的架构
#从而可以缩短手动输入指令的长度
CROSS_COMPILE ?= /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-
......
ARCH ?= arm
# CORSS_COMPILE使用了绝对路径！是为了防止编译出错

⏩ busybox中文字符支持：若直接编译busybox，使用串口工具时是不支持中文显示的，会显示为“?” ，可修改源码，取消 busybox对中文显示的限制

打开文件busybox-1.29.0/libbb/printable_string.c，将函数printable_string()中的部分程序注释掉，修改后的函数内容如下：

/********** printable_string.c代码段 **********/
const char* FAST_FUNC printable_string(uni_stat_t *stats, const char *str)
{char *dst;const char *s;s = str;while (1) {......if (c < ' ')break;/* 注释掉下面这个两行代码，禁止字符大于0X7F以后 break *//* if (c >= 0x7f)   break; */s++;}#if ENABLE_UNICODE_SUPPORTdst = unicode_conv_to_printable(stats, str);
#else
{char *d = dst = xstrdup(str);while (1) {unsigned char c = *d;if (c == '\0')break;/* 修改下面代码，禁止字符大于0X7F以后输出‘?’ *//* if (c < ' ' || c >= 0x7f) */if( c < ' ')*d = '?';d++;
}
......
#endifreturn auto_string(dst);
}

接着打开文件busybox-1.29.0/libbb/unicode.c，修改如下内容：

/********** unicode.c代码段 **********/
static char* FAST_FUNC unicode_conv_to_printable2(uni_stat_t *stats, const char *src, unsigned width, int flags)
{char *dst;unsigned dst_len;unsigned uni_count;unsigned uni_width;if (unicode_status != UNICODE_ON) {char *d;if (flags & UNI_FLAG_PAD) {d = dst = xmalloc(width + 1);....../* 修改下面一行代码 *//* *d++ = (c >= ' ' && c < 0x7f) ? c : '?'; */*d++ = (c >= ' ') ? c : '?';src++;}*d = '\0';} else {d = dst = xstrndup(src, width);while (*d) {unsigned char c = *d;/* 修改下面一行代码 *//* if (c < ' ' || c >= 0x7f) */if(c < ' ')*d = '?';d++;}}......return dst;}
......
return dst;
}

⏩ 配置busybox：有以下几种配置选项，一般使用默认配置即可

– defconfig：缺省配置，也就是默认配置选项
– allyesconfi：全选配置，即选中 busybox 的所有功能
– allnoconfig：最小配置

make defconfig   #使用默认配置
make menuconfig     #打开图形化配置界面

设置Settings -> Build static binary (no shared libs)，用于选择是静态编译还是动态编译，静态编译不需要库文件，编译出来的库很大；动态编译要求根文件系统中有库文件，编译出来的 busybox 小很多。这里不使用静态编译，保持默认不选

设置Settings -> vi-style line editing commands

配置Linux Module Utilities -> Simplified modutils（不需选中）

配置Linux System Utilities -> mdev (16 kb)（确保全选）

设置Settings -> Support Unicode，使能busybox的unicode编码以支持中文

⏩ 编译busybox：配置好busybox以后就可以编译了，输入如下命令

make
make install CONFIG_PREFIX=/home/andyxi/linux/nfs/rootfs
#CONFIG_PREFIX指定编译结果的存放目录

编译完成以后，busybox的所有工具和文件就会被安装到rootfs目录中，如下图；rootfs目录下有bin、sbin和usr三个目录，以及linuxrc文件。Linux内核linit进程最后会查找用户空间的init程序，找到以后就会运行这个用户空间的init程序，从而切换到用户态。如果bootargs设置init=/linuxrc，那么linuxrc就可作为用户空间的init程序

2.3 向根文件系统添加lib库

busybox编译完成后，此时的根文件系统还不能使用，还需要一些其他的文件

⏩ 向rootfs/lib中添加库文件：上面的busybox使用的是动态库编译，所以还需要向根文件系统中添加动态库

先在rootfs中创建一个名为“lib”的文件夹。
lib库文件从交叉编译器中获取，笔者的交叉编译器存放在“/usr/local/arm/”目录中，进入交叉编译器的"libc/lib"目录：

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/lib

此目录下有很多的so和.a 文件，这些就是库文件，将此目录下所有的so和.a文件都拷贝到 rootfs/lib 目录中:

cp *so* *.a /home/andyxi/linux/nfs/rootfs/lib/ -d  #-d表示拷贝符号链接### 特殊库文件：ld-linux-armhf.so.3（软连接文件，即快捷方式） 的处理
rm ld-linux-armhf.so.3    #先删除rootfs/lib中的这个软链接
# 然后重新拷贝ld-linux-armhf.so.3
cp /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/lib/ld-linux-armhf.so.3 .

进入交叉编译器的"lib"目录，将此目录下所有的so和.a 库文件拷贝到 rootfs/lib 目录中

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/lib
cp *so* *.a /home/andyxi/linux/nfs/rootfs/lib/ -d  #-d表示拷贝符号链接

⏩ 向rootfs/usr/lib中添加库文件

在rootfs/usr目录下创建一个名为lib的目录。
将交叉编译器的"libc/usr/lib"目录中的so和.a 库文件拷贝到rootfs/usr/lib目录中

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/usr/lib
cp *so* *.a /home/andyxi/linux/nfs/rootfs/usr/lib/ -d

至此，根文件系统的库文件就全部添加好了，可以在rootfs目录下使用“du”命令来查看==/lib和/usr/lib== 这两个目录的大小：

du ./lib ./usr/lib/ -sh

2.4 创建其他文件夹

在根文件系统中创建其他文件夹，如 dev、proc、mnt、sys、tmp 和 root 等，创建完后的效果：

3. 根文件系统初步测试

使用NFS挂载的方式来测试上面创建好的根文件系统rootfs。uboot里面的bootargs环境变量会设置root的值，需要将root的值改为NFS挂载，设置格式如为：

root=/dev/nfs nfsroot=[<server-ip>:]<root-dir>[,<nfs-options>] ip=<client-ip>:<server-ip>:<gw-ip>:<netmask>:<hostname>:<device>:<autoconf>:<dns0-ip>:<dns1-ip>

server-ip：服务器IP，存放根文件系统的Ubuntu的IP地址

root-dir：根文件系统的存放路径

nfs-options：NFS 的其他可选选项，一般不设置。

client-ip>：客户端IP ，开发板的IP地址，内核启动后会使用此IP地址来配置开发板

gw-ip：网关地址

netmask：子网掩码，255.255.255.0

hostname：客户机的名字，一般不设置，此值可以空着

device：设备名，也就是网卡名，一般是 eth0，eth1….

autoconf：自动配置，一般不使用，设置为 off

dns0-ip：DNS0 服务器 IP 地址，不使用

dns1-ip：DNS1 服务器 IP 地址，不使用

根据上面的格式bootargs环境变量的root值如下：

root=/dev/nfs nfsroot=192.168.10.100:/home/andyxi/linux/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=192.168.10.50:192.168.10.100:192.168.10.1:255.255.255.0::eth1:off

启动开发板，串口连接开发板，进入uboot命令行模式，然后设置bootargs环境变量，命令如下：

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.10.100:/home/andyxi/linux/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=192.168.10.50:192.168.10.100:192.168.10.1:255.255.255.0::eth1:off'
saveenv

设置好以后使用“boot”命令启动Linux内核，进入根文件系统，结果如下图示

输入“ls”命令进行测试，发现ls命令正常工作。但是此时rootfs并没有制作成功，注意上图中的错误提示：can’t run ‘/etc/init.d/rcS’ 这个文件，说明rootfs仍然不够完善

篇幅所限，关于 rootfs根文件系统的完善将会在后续文章中介绍！

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