使用 linux kernel +busybox 定制linux系统

写在开头：

本来是想使用linux kernel +busybox 制作一个教程的,后来快要结束的时候，死活找不到硬盘，我了解很多文章都有类似的，但是没有谈到硬盘找不到问题，最后历经艰辛，终于把问题解决了，成功启动一个赶紧的的linux 小系统。

目的：

了解linux的启动过程

主要内容：

1. grub 是启动程序的bootloader

2. linux-kernel 是linux的开源内核

3. busybox 是linux的工具集合

启动顺序：

grub-> bzimage > initrd > init > chroot sbin/init (从内存镜像转换车工rootfs)> /etc/inittab > fstab>etc/init.d/rcS

实验环境：

操作系统（编译使用）： CentOS 7.4

Kernel 版本 ：5.5.2

1. 编译linux kernel

1) 下载及解压：

复制文件到
/usr/src/linux-5.5.2.tar.xz

解压 tar -xvf linux-5.5.2.tar.xz

2）编译linux kernel:

yum install ncusres-devel # 按照需要编译的一些包 cd /usr/src/linux-5.5.2 # 切换到linux源代码目录 make menuconfig #配置内核编译内容，配置一些信息 ,由于是演示，默认就可以了 make -j4 #执行多cpu方式编译 midir /usr/src/modules

make modules_install INSTALL_MOD_PATH=/usr/src/modules #将modules安装在这里 

2. 编译busybox

1) 下载及解压：

复制文件到
/usr/src/busybox-1.31.1.tar.bz2

解压 tar -jxvf busybox-1.31.1.tar.bz2

2) 编译busybox

yum install glibc-static # 按照需要编译的静态库包  cd /usr/src/busybox-1.31.1 # 切换到busybox源代码目录  make menuconfig # 配置 Settings->Build Options->Build static binary make install

3. 根据busybox 制作initrd.gz文件

make /usr/src/initrd # 创建初始化目录  cd /usr/src/initrd # 进入工作目录  cp /usr/src/busybox-1.31.1/_install/* -a . #复制所有busybox文件  mkdir proc sys mnt/sysroot dev tmp etc -pv #创建必要的目录  mknod dev/console c 5 1 # 创建console设备  mknod dev/null c 1 3 # 创建null设备 rm linuxrc # 删除软连接,这个文件没啥用看着不舒服而已  touch init # 创建init 引导程，具体内容见下面信息  chmod +x init # 设置可运行程序 find . | cpio -H newc --quiet -o | gzip -9 > /usr/src/initrd.gz #打包initrd

init 文件内容:

#!/bin/sh  echo "Mounting proc and sys..." #下面两句有顺序问题，特别奇怪，具体没有深入研究 mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t proc proc /proc echo "Detect and export hardware infomation..." mdev -s echo "Mount real rootfs to /mnt/sysroot..." mount -t ext4 -o ro /dev/sda2 /mnt/sysroot echo "Switch to real rootfs..." exec chroot /mnt/sysroot /sbin/init

4. 根据linux kernel 编译输出整理成 vmlinuz

cp /usr/src/linux-5.5.2/arch/x86/boot/bzImage /usr/src/vmlinuz #复制内核

5. 根据busybox 制作rootfs 系统真正的linux目录

make /usr/src/sysroot #创建工作目录 cd sysroot #进入工作目录 cp /usr/src/busybox-1.31.1/_install/* -a . #复制所有busybox文件 rm linuxrc # 删除软连接,这个文件没啥用看着不舒服而已 # 创建目录 mkdir dev var sys mnt etc proc lib home tmp root boot mkdir var/{log,run,lock} mkdir lib/modules
mknod dev/console c 5 1 # 创建console设备 mknod dev/null c 1 3 # 创建null设备 vim etc/inittab #创建rootfs启动文件,内容见下图 vim etc/init.d/rcS #创建启动脚本 chmod +x rcS
vim etc/fstab #当执行mount -a 的时候就会执行这个文件里的挂载

inittab 文件内容:

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

rcS 文件内容：

#!/bin/sh  echo -e "Welcome To My Linux" echo "Remount the rootfs..." mount -t ext4 -o remount,rw /dev/sda2 / echo "Detect and export hardware infomation..." mdev -s echo "Mount the other filesystem...fstab" mount -a

fstab

# device        mount-point             type    options       dump fsck sysfs /sys sysfs defaults 0 0 proc /proc proc defaults 0 0 /dev/sda1 /boot ext4 defaults 0 0 /dev/sda2 / ext4 defaults 1 1 

6. 经过上面的步骤已经实现了 vmlinuz(linux 内核) initrd.gz(内存系统盘) sysroot (真正的linux rootfs系统) 都已经准备好了，接下来开始准备一块磁盘。

通过virtual box 创建一块sata磁盘10G 并分成两个区.

[root@centos ~]# lsblk NAME        MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda           8:0    0  100G  0 disk 
├─sda1        8:1    0    1G  0 part /boot
└─sda2        8:2    0   99G  0 part 
  ├─cl-root 253:0    0   50G  0 lvm  /
  ├─cl-swap 253:1    0    2G  0 lvm  [SWAP]
  └─cl-home 253:2    0   47G  0 lvm  /home
sdb           8:16   0   10G  0 disk 
sr0          11:0    1 1024M  0 rom ############################################### [root@centos ~]# fdisk /dev/sdb  #开始格式化 Welcome to fdisk (util-linux 2.23.2).

Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
Be careful before using the write command.

Device does not contain a recognized partition table
Building a new DOS disklabel with disk identifier 0x3f5d5436.

Command (m for help): n Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e extended Select (default p): p Partition number (1-4, default 1): 1 First sector (2048-20971519, default 2048): 2048 Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-20971519, default 20971519): +5G Partition 1 of type Linux and of size 5 GiB is set Command (m for help): n Partition type:
   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
   e extended Select (default p): p Partition number (2-4, default 2): First sector (10487808-20971519, default 10487808): Using default value 10487808 Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (10487808-20971519, default 20971519): Using default value 20971519 Partition 2 of type Linux and of size 5 GiB is set Command (m for help): p

Disk /dev/sdb: 10.7 GB, 10737418240 bytes, 20971520 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes Disk label type: dos
Disk identifier: 0x3f5d5436 Device Boot Start End Blocks Id System /dev/sdb1 2048 10487807 5242880 83 Linux
/dev/sdb2 10487808 20971519 5241856 83 Linux

Command (m for help): w
The partition table has been altered! Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.
[root@centos ~]#  

开始挂载分好区的盘，并将文件复制到这两分区中，第一个分区定义为boot，第二个分区定义为sysroot ;

mkdir /mnt/boot /mnt/sysroot # 在centos系统上创建两个目录 [root@centos src]# lsblk # 查看刚刚分好区的sdb 盘 NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 100G 0 disk ├─sda1 8:1 0 1G 0 part /boot └─sda2 8:2 0 99G 0 part ├─cl-root 253:0 0 50G 0 lvm / ├─cl-swap 253:1 0 2G 0 lvm [SWAP] └─cl-home 253:2 0 47G 0 lvm /home sdb 8:16 0 10G 0 disk ├─sdb1 8:17 0 5G 0 part └─sdb2 8:18 0 5G 0 part sr0 11:0 1 1024M 0 rom [root@centos mnt]# mkfs.ext4 /dev/sdb1 #创建文件系统格式 mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013) Filesystem label= OS type: Linux Block size=4096 (log=2) Fragment size=4096 (log=2) Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks 327680 inodes, 1310720 blocks 65536 blocks (5.00%) reserved for the super user First data block=0 Maximum filesystem blocks=1342177280 40 block groups 32768 blocks per group, 32768 fragments per group 8192 inodes per group Superblock backups stored on blocks: 32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736 Allocating group tables: done Writing inode tables: done Creating journal (32768 blocks): done Writing superblocks and filesystem accounting information: done [root@centos mnt]# mkfs.ext4 /dev/sdb2 mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013) Filesystem label= OS type: Linux Block size=4096 (log=2) Fragment size=4096 (log=2) Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks 327680 inodes, 1310464 blocks 65523 blocks (5.00%) reserved for the super user First data block=0 Maximum filesystem blocks=1342177280 40 block groups 32768 blocks per group, 32768 fragments per group 8192 inodes per group Superblock backups stored on blocks: 32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736 Allocating group tables: done Writing inode tables: done Creating journal (32768 blocks): done Writing superblocks and filesystem accounting information: done [root@centos mnt]# blkid /dev/sda1: UUID="cbf299b0-d76d-4efe-8643-c900502683d4" TYPE="xfs" /dev/sda2: UUID="L416ib-7Z3D-rtXt-FqTb-ChsW-j6zH-heeuF2" TYPE="LVM2_member" /dev/mapper/cl-root: UUID="12c02980-3012-4884-8a7d-437195398fdb" TYPE="xfs" /dev/mapper/cl-swap: UUID="c4ea26e2-7424-4a52-aa34-8d9fb4f3fbd2" TYPE="swap" /dev/mapper/cl-home: UUID="7be941f2-fcf6-44b7-b673-f999f1c876b0" TYPE="xfs" /dev/sdb1: UUID="78df7716-e32f-421e-a756-8fe89407e9ec" TYPE="ext4" /dev/sdb2: UUID="c905f4d2-ae58-41f8-85e6-69d1f0237ad2" TYPE="ext4" [root@centos mnt]# [root@centos mnt]# mount /dev/sdb1 /mnt/boot [root@centos mnt]# mount /dev/sdb2 /mnt/sysroot [root@centos mnt]# df -h Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on /dev/mapper/cl-root 50G 27G 24G 53% / devtmpfs 910M 0 910M 0% /dev tmpfs 920M 0 920M 0% /dev/shm tmpfs 920M 8.5M 912M 1% /run tmpfs 920M 0 920M 0% /sys/fs/cgroup /dev/sda1 1014M 185M 830M 19% /boot /dev/mapper/cl-home 47G 33M 47G 1% /home tmpfs 184M 0 184M 0% /run/user/0 /dev/sdb1 4.8G 20M 4.6G 1% /mnt/boot /dev/sdb2 4.8G 20M 4.6G 1% /mnt/sysroot 

开始复制之前编译好的文件

cp /usr/src/vmlinuz /mnt/boot/ #linux kernel cp /usr/src/initrd.gz /mnt/boot/ #ramdisk 内存镜像(来自于busybox改造) cp -a /usr/src/sysroot/* /mnt/sysroot/ #系统目录集合(来自于busybox改造) [root@centos /]# tree mnt -L 2 mnt
├── boot
│   ├── initrd.gz
│   └── vmlinuz
└── sysroot
    ├── bin
    ├── boot
    ├── dev
    ├── etc
    ├── home
    ├── lib
    ├── mnt
    ├── proc
    ├── root
    ├── sbin
    ├── sys
    ├── tmp
    ├── usr
    └── var

7. 安装grub引导程序到sdb1中

yum install grub2-install #由于centos7以后采用的是grub2 所以直接安装了这个 [root@centos mnt]# grub2-install --boot-directory=/mnt/boot /dev/sdb #安装到boot目录下 Installing for i386-pc platform. Installation finished. No error reported. [root@centos boot]# ll total 9248 drwxr-xr-x. 5 root root 4096 Feb 6 08:25 grub2 -rw-r--r--. 1 root root 1484989 Feb 6 08:03 initrd.gz -rw-r--r--. 1 root root 7975904 Feb 6 08:04 vmlinuz [root@centos boot]#grub2-mkconfig -o /mnt/boot/grub2/grub.cfg #为了方便我采用了先根据系统自动生成，然后再编辑这个文件 [root@centos boot]# vim /mnt/boot/grub2/grub.cfg #编辑内容见下图，去掉很多用不到的内容 

grub.cfg 文件内容，仅仅保留了几个核心的信息

# relay display set timeout=5 # entry menuentry 'My Linux' { insmod gzio insmod part_msdos insmod xfs set root='hd0,msdos1' linux16 /vmlinuz root=/dev/sda2  initrd16 /initrd.gz }

8. 通过virtual 将刚刚创建的虚拟硬盘加载进来，并启动虚拟机。。。开始见证奇迹的时候。

欢迎界面出现，成功引导系统。

出错啦

估计猜测分析：

由于系统启动的时候需要挂载/dev/sda2 这块真正的rootfs 系统，可是在加载内存镜像initrd.gz 后，想启动挂载rootfs的时候，找不到硬盘分区了。

这里有个我们打包的时候，在涉及 第三方模块如ext4 驱动的时候，是没有打包到内核中的，但是默认是支持扩展挂载的，所以采用修改initrd.gz 这个文件，这个时候就需要用到modules了(前面只是生成了，还没有用到，所以需要先把这个modules打包进initrd.gz中，让他能找到ext4驱动)

同时也顺便把rootfs 的目录中也一并处理成镜像的样子。

sysroot 和initrd 两个目录一样操作：

cd /mnt/sysroot cp -a /usr/src/modules/lib usr/ #复制modules进入这个文件夹 mkdir usr/lib64 #创建空文件夹，只是为了规范一点 ln -s usr/lib64 lib64 ln -s usr/lib lib #initrd 同样操作 cd /usr/src/initrd cp -a /usr/src/modules/lib usr/ #复制modules进入这个文件夹 mkdir usr/lib64 #创建空文件夹，只是为了规范一点 ln -s usr/lib64 lib64 ln -s usr/lib lib # 重新生成initrd.gz 由于模块我没有精简所以耗时比较久 find . | cpio -H newc --quiet -o | gzip -9 > /usr/src/initrd.gz # 替换 旧的initrd.gz cp initrd.gz /mnt/boot/

通过修改init文件，我虽然进去了镜像系统，但是由于始终没有找到硬盘，导致rootfs没有能进入，也请各位大神帮忙解开这个结，我不知道哪里出了问题。

开始修改 init 不进行rootfs转换，直接进入内存系统：

#!/bin/sh  echo "Mounting proc and sys..." mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t proc proc /proc echo "Detect and export hardware infomation..." mdev -s exec /bin/sh
把项目两句话注释掉，改成直接执行 exec /bin/sh 作为主进程 echo "Mount real rootfs to /mnt/sysroot..." #mount -t ext4 -o ro /dev/sda2 /mnt/sysroot echo "Switch to real rootfs..." # exec chroot /mnt/sysroot /sbin/init 

这个时候内存系统进去了：

但是根本但是在/dev/ 下根本没有sdaX的硬盘分区。

首先驱动也是有的，通过grub也是能看到的。

cat /proc/filesystems

进入刚刚启动时候的grub界面，是能看到硬盘分区的：

终极解决：

---硬盘找不到的问题已经解决，补充进去：

通过修改配置linux kernel 已经解决硬盘找不到的问题：

Device Drivers > SCSI device Support >SCSI Disk Support

SCSI generic support

以上通过修改内核kernel配置后，重新编译覆盖/boot/vmlinuz 文件后，再次启动，终于见到了完美的结局，找到了硬盘，并且成功从内存镜像加载到了rootfs磁盘系统目录，大功告成！！！

后语：

本来在做这个实验的时候，做到了内存的启动，死活不知道为啥硬盘没找到，搞了仅两天时间，没有找到原因，最终偶然的机会，我整理了下思路，既然磁盘没有找到，那应该是modules没有，但是我将所有modules加入到initrd.gz的时候发现打完包后的initrd.g又太大了，所以这种思路我就直接放弃了，我就通过重新修改linux 内核，直接将ext4相关的配置打在了镜像里面，这样文件就不大了，而硬盘找不到的原因呢，由于我采用的是virtubalbox 所以是sata硬盘的scsi ，然后我就到device driver下看了下scsi的加载与搜索情况，发现有个配置没有配置上，于是我就配置上了，并重新打包，再次启动的时候奇迹出现了，终于找到了硬盘。