linux根文件系统编译和移植过程

一、概念

根文件系统：系统运行所必须依赖的一些文件
（比如脚本、库、配置文件、命令…），本质就是目录和文件。

根文件系统镜像：将根文件系统按照某种格式进行
打包压缩后生成的单个文件 rootfs-----> ramdisk.img

文件系统：一种管理和访问磁盘的软件机制，
不同文件系统管理和访问磁盘的机制不同

二、移植根文件系统的工具 —> busybox

1、短小精悍
2、版本更新较快，版本之间差异不大

三、如何获取busybox

https://busybox.net/downloads/
选择busybox-1.32.0.tar.bz2版本

四、根文件系统中目录的介绍

注释：个文件功能解析
bin：命令文件（通过busybox工具制作）
dev：设备文件（被操作系统识别的设备才有对应的文件，即设备运行时)
etc：配置文件（配置内核相关的一些信息）
lib：库文件、比如C的标准库（从交叉编译工具链中复制的）
linuxrc：根文件系统被挂载后运行的第一个程序（通过busybox工具制作）
mnt：共享目录（非必要）比如挂载SD卡等时将SD卡挂载在该目录
proc：与进程相关的文件（当有进程运行时才会有文件）
root：用户权限（板子本身就是以root用户运行）
sbin：超级用户命令、一般用户不可用（板子本身是超级用户通过busybox工具制作）
sys：系统文件（系统运行时，系统加载后才会有文件）
tmp：临时文件（比如插入新的设备时会产生临时文件）
usr：用户文件（通过busybox工具制作）
var：存放下载的文件和软件（可有可无）

五、切换交叉编译器为gcc-4.9.4版本（自行寻找合适版本）

六、使用busybox工具制作根文件系统

1、拷贝busybox-1.32.0.tar.bz2到ubuntu中

2、解压缩
tar -vxf busybox-1.32.0.tar.bz2

3、进入到busybox-1.32.0目录
cd busybox-1.32.0

4、make help 获取帮助
Cleaning:
clean
distclean

Build:
all
Configuration:
menuconfig

Installation:
install
uninstall

5、配置编译busybox
1）、修改Makefile配置交叉编译器
164 CROSS_COMPILE ?=
190 ARCH ?= $(SUBARCH)
修改为：
164 CROSS_COMPILE ?= arm-none-linux-gnueabi-
190 ARCH ?= arm

2）、清除中间文件
make distclean
3）、执行make menuconfig进行图形化界面配置
make menuconfig
a) 采用静态编译，不使用动态库
Settings —>
[*] Build static binary (no shared libs)

b) 采用vi风格的命令行编辑
Settings —>
[*] vi-style line editing commands

c) 修改根文件系统的安装路径
Settings —>
(./rootfs) Destination path for ‘make install’

d) 支持完整的模块化命令
Linux Module Utilities —>
[ ] Simplified modutils # 去掉*

4）、编译busybox
make all

5）、安装根文件系统
make install

很多的命令都散落在busybox各个目录下，
执行make install 命令将一些根文件系统的命令或者文件
重新定向到指定的根文件系统中。

将新生成的根文件系统拷贝到nfs目录下下
cp rootfs ~/nfs -rf

六、步骤完善根文件系统

1、启动成功，但是有错误信息如下：
can’t run ‘/etc/init.d/rcS’: No such file or directory
can’t open /dev/tty2: No such file or directory
can’t open /dev/tty3: No such file or directory
can’t open /dev/tty4: No such file or directory

解决思路：
<文件不存在就创建文件>
在根文件系统中创建etc/init.d目录，并创建rcS文件
并修改rcS文件的权限为777，

$ cd ~/nfs/rootfs
$ mkdir -p etc/init.d
$ cd etc/init.d
$ touch rcS
$ chmod 777 rcS

打开rcS文件，并添加一下内容：

#!/bin/sh
/bin/mount -a
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
/sbin/mdev -s

解析：
/bin/mount -a：系统会自动解析fstab配置文件，根据fstab文件中的信息，进行一系列的挂载。echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug：进行了重定向，告诉内核创建设备文件的程序是/sbin/mdev
/sbin/mdev -s：在dev目录下创建设备文件

创建dev目录：

 $ cd ~/nfs/rootfs $ mkdir dev

2、在重启开发板出现以下问题
mount: can’t read ‘/etc/fstab’: No such file or directory
解决：
在etc目录下创建fatab文件

$ cd ~/nfs/rootfs
$ cd etc
$ touch fstab

打开fstab，并添加一下内容：

#device mount-point type options dump fsck orde
proc    /proc   proc    defaults  0  0
tmpfs   /tmp    tmpfs   defaults  0  0
sysfs   /sys    sysfs   defaults  0  0
tmpfs   /dev    tmpfs   defaults  0  0

解析：
第一列：设备
第二列：挂载点
第三列：设备类型
其他列：权限相关，默认权限

/etc/init.d/rcS: line 3: can’t create /proc/sys/kernel/hotplug: nonexistent directory
解决办法：

 $ cd ~/nfs/rootfs$ mkdir proc

mdev: /sys/dev: No such file or directory
解决办法：

$ cd ~/nfs/rootfs
$ mkdir sys

3、再次重启开发板，观察现象
mount: mounting tmpfs on /tmp failed: No such file or directory
解决办法：

$ cd ~/nfs/rootfs
$ mkdir tmp

4、再次重启开发板，观察现象
can’t open /dev/tty2: No such file or directory
can’t open /dev/tty3: No such file or directory
can’t open /dev/tty4: No such file or directory

解决办法：
在etc目录下创建inittab文件，

$ cd ~/nfs/rootfs
$ cd etc
$ touch inittab

打开inittab文件，并添加一下内容

::sysinit:/etc/init.d/rcS
::askfirst:-/bin/sh
::restart:/sbin/init
::ctrlaltdel:/sbin/reboot

解析：
::sysinit:/etc/init.d/rcS  ：
系统启动之后运行linuxrc程序，
执行/etc/init.d/rcS脚本文件::askfirst:-/bin/sh ：
按下任意键之后，开启一个shell的终端::restart:/sbin/init  ：
重启系统之后执行/sbin/init::ctrlaltdel:/sbin/reboot  ：
按下ctrl + alt + del 执行/sbin/reboot，重启系统

5、再次重启开发板，观察现象。
根文件系统基本制作成功。
将其他的几个文件创建出来：

mkdir lib home mnt root var

6、添加用户名
在etc目录下创建profile文件，并添加一下信息：

export HOSTNAME=linux
export USER=root
export HOME=root
#export PS1="\[\u@\h \W\ ]\$ "
#cd root
export PS1="[$USER@$HOSTNAME \W]\# "
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export PATH LD_LIBRARY_PATH

7、编译hello.c的应用程序，使用交叉编译器进行编译，拷贝到开发板中去运行，查看运行结果。

运行之后出现以下出错误：
[root@linux ]# ./hello
-/bin/sh: ./hello: not found

使用以下命令查看hello依赖的动态库是:

 arm-none-linux-gnueabi-readelf -d hello

Dynamic section at offset 0xf18 contains 24 entries:Tag        Type                         Name/Value0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libc.so.6]

解决办法：移植动态库到根文件系统中
从交叉编译器中找对应的动态库。

$ cd ~/toolchain/gcc-4.9.4
$ find . -name libc.so.6

结果

./arm-none-linux-gnueabi/sysroot/lib/libc.so.6

将交叉编译器./arm-none-linux-gnueabi/sysroot/lib/
目录中的所有的动态库，全部拷贝到根文件系统的lib目录下

$ cp -rf ./arm-none-linux-gnueabi/sysroot/lib/* ~/nfs/rootfs/lib

再次在串口工具中执行./hello就成功。

到此根文件系统的移植成功。

七、生成ramdisk.img的镜像文件

1、进入到ubuntu的家目录

$ cd  ~

2、执行如下命令制作一个大小为8M的镜像文件

$ dd  if=/dev/zero  of=ramdisk  bs=1k  count=8192

3、将该镜像格式化为ext2格式

$ mkfs.ext2  -F  ramdisk

4、将该镜像文件挂载到ubuntu下的/mnt目录下

$ sudo  mount  -t  ext2  ramdisk  /mnt

5、删除库文件中的符号表减小库文件体积：

$ su root
$ arm-none-linux-gnueabi-strip  lib/*

6、将我们自己制作的根文件系统中所有的文件拷贝到该镜像中

$ sudo  cp  -a  /home/linux/nfs/rootfs/*  /mnt/

7、解除挂载

$ sudo  umount  /mnt

8、压缩镜像文件

$ gzip  --best  -c  ramdisk  >  ramdisk.gz

9、使用mkimage工具为镜像文件添加校验头然后生成可用的镜像ramdisk.img

$ mkimage -n "ramdisk" -A arm -O linux -T ramdisk -C gzip -d ramdisk.gz ramdisk.img

10、将自己制作生成的根文件系统镜像拷贝到tftp的下载目录下并修改其权限

$ cp  ramdisk.img  /home/linux/tftpboot/
$ chmod  777  /home/linux/tftpboot/ramdisk.img

11、重新配置linux内核使其支持ramdisk文件系统
进入到的linux源码的顶层目录下

$ cd  kernel-3.4.39/

执行以下命令进入内核配置界面

$ make  menuconfig

在图形化界面中进入到“Device Drivers —>”菜单，再进入“[*] Block devices —>”菜单，将 “RAM block device support” 选为“Y”，将“Default RAM disk size (kbytes)”修改为“8192”，如图所示：

配置完成后保存退出。
回到内核源码的顶层目录下重新编译内核源码：（将交叉编译器切换到4.5.1版本）

$ make  uImage

至此，内核可用的根文件系统已经配置好了