busybox制做initrd.img和根文件系统

(一)开发环境介绍

1．使用win7_64的笔记本安装Virtualbox虚拟机，笔记本cpu为i5-2450m。虚拟机上安装Ubuntu16.04系统做为编译环境，同时虚拟机也做为最小系统运行环境。

2．最小系统使用Linux内核版本选择4.15.0，内核配置使用x86_64默认配置(即便用命令make x86_64_defconfig)。busybox选择版本1.30.0，使用busybox制做initrd.img，而且同使用busybox制做根文件系统，busybox编译配置相同，只须要在默认配置上修改成静态连接(setting–Build static binary )。

3．在根目录新建文件夹/vita做为新系统启动分区，使用gparted分配10G(大小随便)给新分区，新分区设备文件为/dev/sda3。将新分区挂载在/vita目录，在此目录下新建/boot用于存放bzImage和initrd.img。同时/vita也存放根文件系统。制做好的目录以下：

web

(二)制做initrd.img

1．下载busybox包，解压，配置，编译，安装等步骤以后，会在当前目录下生产_install目录，里面有一些不依赖其余库的静态进程，能够直接运行。

咱们首先将_install拷贝到initramfs目录用于生成initrd.imgshell

mkdir initramfs

cp -R busybox-1.30.0/_install/* initramfs/

cd initramfs

2．测试initrd。因为内核将initrd.img镜像解压到根文件系统后就将运行权交于initrd.img中的/init程序,因此咱们能够自行选择是否要加载根文件系统，能够不加载根文件系统直接使用initrd.img里的内容作根文件系统，下面进行两种测试，单独运行initrd.img。

(1)测试一：使用linuxrc的内容做为启动脚本

① 因为咱们使用initramfs，因此内核运行时是找init文件而不是linuxrc，因此直接将linuxrc更名为initvim

mv linuxrc init

这里能够稍微解释下linuxrc的运行原理，在busybox的源码下/init/init.c有以下内容：

代表linuxrc的做用和init同样，也就是执行linuxrc就是执行/sbin/init。咱们知道busybox使用软连接将一个进程连接成多个进程，而后经过main函数args的第一个参数(也就是进程名)来区分具体执行哪个,咱们直接把文件名该为init其实就至关于执行了/sbin/init程序。

② 新建文件夹，添加配置文件bash

mkdir dev etc lib mnt proc sys

配置文件能够选择busybox里面的例子，在busybox-1.30.0\examples\bootfloppy\etc目录下，能够找到相关文件

将这些文件拷贝到initramfs/etc下，因而etc结构以下。

ide

cp -R ../busybox-1.30.0/examples/bootfloppy/etc/* etc/

之因此要添加配置文件是由于/init程序等同于/sbin/init，了解linux system V启动方式的同窗确定知道，/sbin/bin会根据/etc/inittab的配置内容进行相关配置，若是这里不进行配置运行内核时会首先提示找不到rcS文件，也即“can’t run ‘/etc/init.d/rcS’: No such file or directory”。

这里稍微解释下各个文件内容svg

etc/inittab函数

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

::respawn:-/bin/sh

tty2::askfirst:-/bin/sh

::ctrlaltdel:/bin/umount -a -r

简单说就是每一行表示一种执行策略，例如第一行表示在系统启动时执行RCS，第二行表示若是sh挂了会自动重启sh，第三行表示使用tty2启动的sh启动时会首先询问，第四行表示使用ctrl+alt+del快捷键时执行的程序。这里咱们改下配置内容学习

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

console::respawn:-/bin/sh

将sh启动的控制程序交给console，而且删除其余操做。测试

etc/fstab

proc/procprocdefaults 00

fstab表示系统启动时默认挂载的文件系统，一般能够把一些特殊文件系统挂载下，例如/proc,/sysfs

etc/profile

# /etc/profile: system-wide .profile file for the Bourne shells

echo

echo -n "Processing /etc/profile... "

# no-op

echo "Done"

echo

profile一般是使用tty并进行登陆时才会用到，profile是一般会调用~/.bashrc的配置修改用户环境变量。

etc/init.d/rcS

#! /bin/sh

/bin/mount -a

rcS在这里是做为inittab的启动脚本

③ 添加控制台设备文件

内核在准备好initramfs后会判断/dev/console是否存在，不存在就报错，存在就会继续执行/init并将之后的输出输出到控制台中。

mknod dev/console c 5 1

mknod dev/null c 1 3

这里我进行了删除测试，发现即便没有新建这两个设备结点也能正常运行，在查阅《深度探索Linux操做系统》后，发现里面有解答，除了咱们本身建立的initrd.img外，内核会本身建立一个内置的initramfs文件系统，并在内置initramfs中执行命令建立console设备结点。因此添加设备结点这一步咱们能够省略。

④ 配置grub，在/boot/grub.cfg中先新建菜单项，能够参考个人上一篇博客“Linux内核学习(3)最小系统制做”，再配置initrd的参数，表示initrd.img的位置，例如：

⑤ 生成initrd.img文件，并将此文件拷贝到/boot下，最后再重启

find . |cpio -o -H newc|gzip ../initrd3.img

cp ../initrd3.img /vita/boot

⑥ 在grub菜单中选择本身新建的菜单

启动后结果以下，执行下ls，发现只有initrd.img里面的内容，而不是根文件系统/vita下的内容

(2)测试二：自定义/init脚本

① 能够直接在上述基础上进行，也就是修改/init的内容。

rm init

vim init

init：

#!/bin/sh

#

echo "exec initramfs init"

echo "mounting proc and sys"

mount -t proc proc /proc

mount -t sysfs sysfs /sys

echo "detect and export hardware info"

mdev -s

echo "start /bin/sh"

exec /bin/sh

这里注意不能直接执行/bin/sh,须要先先挂载proc和sysfs，而后建立设备结点，不然会形成以下错误，表示init执行错误。mdev的做用是将sysfs文件系统下扫描的设备在/dev下建立设备结点。

② 修改init后的步骤和上述“测试一”同样，重启后显示以下

结果虽然执行了sh，可是仍有提示“can’t access tty”,并且部分busybox功能失效，例如执行reboot无任何反映，应该是未执行相关初始化的缘由。可是咱们这里只是测试，因此无需纠结。

3．使用initrd启动根文件系统

(1)当initrd中充当挂载根文件系统的桥梁时，这时initramfs/etc下能够不须要配置(这里咱们依旧保留，其实没有使用)，而应当把配置文件移动到根文件系统中。

(2)修改initramfs/init启动脚本

vim init

init：

#!/bin/sh

#

echo "exec initramfs init"

echo "mounting proc and sys"

mount -t proc proc /proc

mount -t sysfs sysfs /sys

echo "detect and export hardware info"

mdev -s

echo "Mount real rootfs to /mnt/sysroot..."

mount -t ext4 /dev/sda3 /mnt/sysroot

echo "Switch to read rootfs..."

exec switch_root /mnt/sysroot /sbin/init

这里咱们多执行了两步操做，挂载根文件系统/dev/sda3到/mnt/sysroot目录，执行switch_root切换根文件系统目录到/mnt/sysroot下，而且执行/sbin/init。

(三)制做根文件系统

1．制做根文件系统和initrd.img步骤相差无几，首先是同样的拷贝基本文件。

cp -R ../busybox-1.30.0/_install/* /vita

2．配置文件

cp -R etc/* /vita/etc/

3．建立相关文件,删除无用文件

cd /vita

mkdir -p dev etc lib mnt/sysroot proc sys

rm linuxrc

4．修改下fstab和rcS,使用fstab添加sysfs的挂载,使用rcS自动建立设备结点

vim etc/fstab

fstab:

proc/procprocdefaults 00

sysfs/syssysfsdefaults 0 0

修改rcS:

vim etc/init.d/rcS

rcS:

#!/bin/sh

/bin/mount -a

mdev -s

5．重启

能够看到log都正确的打印，输入ls后看到的目录的确是/vita目录，也就是正确切换到根文件系统了。

(四)常见错误

1．“Failed to create /dev/root:”，这种错误有时候会被误解为驱动问题，其实查看kernel源码会发现有以下调用顺序：

能够看到，若是init文件不存在(没指定参数时默认启动init)，内核会主动挂载根文件系统，可是若是没有进行任何先前动做就去挂载通常都会失败，例如须要先进行挂载/proc和/sysfs。因此若是咱们忘记在initrd.img中写/init启动脚本会出现这种错误。

2．“can’t run ‘/etc/init.d/rcS’: No such file or directory”，这种错误比较常见，可是常常不那么容易弄懂。

我这里说一种我出现的问题，花了比较长的时间才解决。

首先个人根文件系统明明已经写了rcS并且也没有任何乱码，仔细检查根文件系统明明没有任何问题。这时我忽然想到，若是在initrd.img/init脚本中无心间执行了initrd.img中的/sin/init程序，那么此程序会检查有没有initrd.img/etc/inittab配置，若是没有此配置文件，会默认执行initrd.img/etc/init.d/rcS脚本，因此若是initrd.img/etc下什么文件都没有，那么首先报的问题就是缺乏initrd.img/etc/init.d/rcS。可是后来我仔细检查initrd.img/init内容发现并无执行到initrd.img/sbin/init。虽然没有解决问题，可是我却发现了另一个问题，initrd.img/init文件没有执行权限，也就是以下：

能够看到init文件的权限没有可执行权限，可是这个问题会影响到rcS吗，我又研究了一下kernel的源码，发现有以下片断：

if (ramdisk_execute_command) {

ret = run_init_process(ramdisk_execute_command);

if (!ret)

return 0;

pr_err("Failed to execute %s (error %d)\n",

ramdisk_execute_command, ret);

}

/*

* We try each of these until one succeeds.

*

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

* trying to recover a really broken machine.

*/

if (execute_command) {

ret = run_init_process(execute_command);

if (!ret)

return 0;

panic("Requested init %s failed (error %d).",

execute_command, ret);

}

if (!try_to_run_init_process("/sbin/init") ||

!try_to_run_init_process("/etc/init") ||

!try_to_run_init_process("/bin/init") ||

!try_to_run_init_process("/bin/sh"))

return 0;

ramdisk_execute_command变量在默认状况下是/init，这段代码就是当/init执行不成功时会继续执行/sbin/init，而这时就会执行到上述initrd.img/sbin/init中，因此就会出现上述错误。

明白错误原理后只须要修改init权限，给全部用户添加执行:

chmod a+x init

从新重启后就正常了，这个问题其实不难解决，难的是报的问题很是奇怪不容易弄懂缘由。