嵌入式linux-系统移植，根文件系统制作，nfs rootfs根文件系统制作，ramdisk根文件系统制作，不同根文件系统对比

位面元哥

于 2019-01-14 23:57:38 发布

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本文深入探讨了根文件系统的基本概念，包括其结构、程序和库文件的放置，以及如何利用BusyBox进行定制。同时，详细介绍了Linux设备文件的分类、创建方法，以及系统引导过程。最后，提供了制作根文件系统和不同格式根文件系统（如EXT2overRAMdisk）的具体步骤。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1，根文件系统基本概念

1.1，什么是根文件系统？

根文件系统（root filesystem）是存放运行、维护系统所必须的各种工具软件、库文件、脚本、配置文件和其他特殊文件的地方，也可以安装各种软件包。
整个系统起来之后运行的第一个文件系统
根文件系统下还可以搭建其他的文件系统

1.2，根文件系统主要目录结构

在这里插入图片描述

1.3，程序文件的放置

程序文件目录

/bin: 普通用户和root用户都能执行的基本程序

ping, mknod, mount, tar, grep, gzip, etc

/sbin: root用户能执行的基本程序

int, insmod, route, mkfs, rmmod, ifconfig

/usr/bin: 更多非必须的用户程序

autorun, bibtex, latex, biff, ftp, wc, whereis, whoami

/usr/sbin: 更多非必须的root工具程序

automount, httpd, in.telnetd, in.talkd, sendmail

1.4，定制应用程序

配置基本的linux命令（嵌入式linux通过busybox制作）

	cat, chmod, chown, cp, chroot, copi, date, dd, df, dmesg, dos2unix, du, echo, env, expr,  find, grep, gunzip, gzip, halt, id, ifconfig, init, insmod等等

配置用户自己的应用
桌面管理器等等

1.5，库文件的放置

/lib: 系统和运行基本命令时需要的动态库文件
/usr/lib:所有的其他库
/usr/lib/xxx: 一些工具包的私有库
如：/usr/lib/perl5

2，Linux 设备文件

Linux 系统中所有的对象（包括设备）都是以文件的形式体现的
Linux系统中，所有的设备文件（如：设备节点），通常放到/dev下
嵌入式系统中只需要创建必须的设备节点即可

2.1，举例

2.1.1，字符设备举例

ls –l /dev/“c” 指明该设备节点是字符设备

crw-rw---- 1 root uucp  4,    64 Feb 23 2004 /dev/ttyS0      //4表示主设备号，64表示次设备号
crw--w---- 1 jdoe tty    136, 1   Feb 23 2004 /dev/pts/1
crw-------- 1 root root   13,   32 Feb 23 2004 /dev/input/mouse0
crw-rw-rw 1 root root   1,    3    Feb 23 2004 /dev/null

典型设备

keyboards, mice, parallel port, IrDA, Bluetooth port, consoles, terminals, sound, video...

2.1.2，块设备举例

“b” 指明该设备节点是块设备 (ls -l)

brw-rw--- 1 root disk      3, 1 Feb 23 2004 hda1
brw-rw--- 1 jdoe floppy  2, 0 Feb 23 2004 fd0
brw-rw--- 1 root disk      7, 0 Feb 23 2004 loop0
brw-rw--- 1 root disk      1, 1 Feb 23 2004 ram1
brw------- 1 root root      8, 1 Feb 23 2004 sda1

典型块设备

磁盘, ramdisk,SD,U盘等等

2.2，设备的主设备号次设备号

Linux系统是通过主设备号和次设备号来区分设备的
主设备号: （major）
内核用来区分哪类设备
次设备号: （minor）
区分某类设备中的哪个设备
内核中的相关文档 Documentation/devices.txt

2.3，创建设备节点

设备文件不能在加载驱动程序时自动创建，要通过指令创建
创建设备文件的一般语法:
$ mknod /dev/<device> [c|b] <major> <minor>
例如:
$ mknod /dev/ttySAC0 c 4 64
$ mknod /dev/hda1 b 3 1

2.3.1，基本的设备节点

在这里插入图片描述

2.4，Linux系统的引导过程

在这里插入图片描述

3，制作根文件系统

3.1，文件系统制作步骤

制作根文件系统的内容
采用Busybox创建基本命令
创建基本的目录/lib /etc /var /tmp /dev /sys /proc等
添加glibc基本动态库
创建基本的设备节点
添加启动配置和脚本程序/etc/inittab /etc/fstab /etc/init.d/rcS
测试rootfs内容正确性
制作需要的rootfs类型的格式

3.1.1，BusyBox项目构建系统命令

BusyBox 项目是由Bruce Perens in 在1996创建的
http://www.busybox.net/
BusyBox 是在 GNU GPL 许可协议下发行的开源软件
享有“嵌入式Linux的瑞士军刀”美誉，Erik Andersen先生维护；
Busybox是一个UNIX系统工具集，它将很多普通的UNIX工具集成到一个很小的可执行文件中，为普通用户提供大多数常用的命令;
BusyBox常用于制作linux命令主要指令包括
cat, chmod, chown, cp, chroot, copi, date, dd, df, dmesg, dos2unix, du, echo, env, expr, find, grep, gunzip, gzip, halt, id, ifconfig, init, insmod, etc

3.1.2，BusyBox工具安装

linux@linux:~$ cp /mnt/hgfs/Linuxsharexiaomei/busybox-1.22.1.tar.bz2 .
linux@linux:~$ tar -vxf busybox-1.22.1.tar.bz2 
linux@linux:~$ cd busybox-1.22.1/

在这里插入图片描述

3.2，制作根文件系统的内容

$ make menuconfig
    Busybox Settings ---> 
	Build Options --->
		[*] Build BusyBox as a static binary (no shared libs)
		(arm-none-linux-gnueabi-) Cross Compiler prefix   注意 一定要指定交叉编译工具
$ make
$ file busybox   确认编译生成的是 ARM 平台的（显示为ELF 32-bit LSB executable, ARM）

在这里插入图片描述

$ make  install   安装（默认安装路径为_install）

在这里插入图片描述

$ cd _install
$  ls
      bin  linuxrc  sbin  usr
$ mkdir  dev  etc  mnt  proc  var  tmp  sys  root       创建需要的目录

在这里插入图片描述

$ cp  ~/store/gcc-4.6.4/arm-arm1176jzfssf-linux-gnueabi/lib/  .  -a      注意是lib/ 
$ du -mh lib     查看lib库的大小
$ rm  lib/*.a     裁剪，删除掉静态库文件  
$ arm-none-linux-gnueabi-strip  lib   裁剪掉调试信息   not recognized  有些库是不能strip的 忽略掉
$ sudo rm  lib/libstdc++*   删除不需要的库，确保所有库大小不超过4M  
$ du -mh lib    查看lib库的大小  可能 显示3.4M lib   (这里确保小于 8M)

在这里插入图片描述

$ cp /nfs/rootfs/etc   -rf   .      拷入成熟的参考配置

在这里插入图片描述

$sudo mknod   dev/console  c  5  1      必须要有  console设备节点

在这里插入图片描述

3.2.1，测试

看新的根文件系统能否正常挂载到开发板

linux@linux:~/busybox-1.22.1$ mv /nfs/rootfs /nfs/rootfs.ok      把原有的根文件系统备份一下
linux@linux:~/busybox-1.22.1$ sudo cp -rf _install /nfs/rootfs      把新的根文件系统拷贝过去（改名rootfs）

在这里插入图片描述
挂载成功

3.3，配置文件一

3.3.1，文件 /etc/inittab

#this is run first except when booting in single-user mode.
:: sysinit:/etc/init.d/rcS  指定系统初始化脚本是rcS 也可指定别的名字，但习惯用rcS
# /bin/sh invocations on selected ttys
# start an "askfirst" shell on the console (whatever that may be)
::askfirst:-/bin/sh    指定初始的控制台（启动后进入# 状态）  
::restart:/sbin/init
::ctrlaltdel:/sbin/reboot

3.3.2，文件 /etc/init.d/rcS（启动脚本）

#!/bin/sh
# This is the first script called by init process
/bin/mount  -a                                 mount all stuff from /etc/fstab  
/etc/init.d/rc.local                           扩展子脚本
echo  /sbin/mdev  >  /proc/sys/kernel/hotplug  设置系统的hotplug程序为mdev
/sbin/mdev  -s                                 
./app.exe   //让脚本自动运行你的程序

3.4，配置文件二

3.4.1，文件 /etc/fstab

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

3.4.2，文件 /etc/profile

#!/bin/sh
export HOSTNAME=farsight
export USER=root
export HOME=root
export PS1="[$USER@$HOSTNAME \W]\# "       终端前的提示符
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export PATH  LD_LIBRARY_PATH

3.5，测试rootfs内容正确性

$ cd /nfs
$ mkdir rootfs
$ cp  _install/*   rootfs   –a                        
$ chmod 777 /nfs/rootfs/

NFS能挂载成功表示根文件系统内容基本正确

3.6，制作需要的rootfs类型的格式

在这里插入图片描述

根文件系统是存储数据的仓库，应用程序和第三方库都在根文件系统中，根文件系统最终要做成镜像，放在设备上面
不同设备有不同特点，比如有的设备只有内存，有的有flash，有的有硬盘，不同的硬件机械特性不一样
针对不统计硬件，为了提升其访问效率，就制定了不同的根文件系统
Nand flash存取数据是按块设备访问的（存储空加大，便宜）
Nor flash存取数据是按字节访问的，BootLoader可以直接在Nor flash上运行（存储空间小，贵）

3.6.1，不同根文件系统详解

3.6.1.1，nfs rootfs

是网络文件文件系统，通过网线远程挂载一个文件系统，文件系统在远程的电脑上。最大的好处是同步，主要用于开发调试

3.6.1.2，CRAMFS

只读，不能写。安全性高，某些区域的数据不能改，就可以定义为CRAMFS。

3.6.1.3，JFFS2和YAFFS2

可读，可写，针对都是flash。JFFS2在小型应用系统用的比较多。JFFS2有一个特点：是一个日志文件系统，用的过程中可以随时掉电。YAFFS2只能针对Nand flash，手机中用的最多的是Nand flash，文件系统就是YAFFS2

3.6.1.4，EXT2 over RAM disk

把一块内存虚拟成为一个磁盘。内存只能按地址空间像一个buffer一样访问，当应用产品内存比较大而flash比较小时，就可以按这种格式把一块内存虚拟成为一个磁盘

3.6.2，制做EXT2 over RAM disk文件系统

3.6.2.1，制作一个大小为8M的镜像

linux@linux:~$ dd if=/dev/zero of=ramdisk  bs=1k  count=8192

if ：（input file）输入文件
/dev/zero :是一个虚拟的设备，从这个设备中读到的数据全是0
of ：（output file）输出文件
bs=1k count=8192: 单元大小是1k,数量是8k,就是8M大小

在这里插入图片描述

3.6.2.2，格式化这个镜像为EXT2

linux@linux:~$ mkfs.ext2 -F ramdisk

在这里插入图片描述

3.6.2.3，在mount下面创建initrd目录作为挂载点

linux@linux:~$ sudo mkdir /mnt/initrd

3.6.2.4，将这个磁盘镜像文件挂载到/mnt/initrd下

注意这里的ramdisk不能存放在rootfs目录中

linux@linux:~$ sudo mount -t ext2 ramdisk /mnt/initrd

在这里插入图片描述

3.6.2.5，将我们的文件系统复制到ramdisk中

将测试好的文件系统里的内容全部拷贝到/mnt/initrd目录下面

linux@linux:~$ sudo cp /nfs/rootfs/* /mnt/initrd/ -a

在这里插入图片描述

3.6.2.6，卸载initrd

linux@linux:~$ sudo umount /mnt/initrd

在这里插入图片描述

3.6.2.7，压缩ramdisk为ramdisk.gz并拷贝到/tftpboot下

linux@linux:~$ gzip --best -c ramdisk > ramdisk.gz

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3.6.2.8，格式化为uboot识别的格式，并拷贝到/tftpboot下

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

linux@linux:~$ cp ramdisk.img /tftpboot/

在这里插入图片描述

3.6.2.9，配置内核支持RAMDISK

制作完ramdisk.img后，需配置内核支持RAMDISK作为启动文件系统

make menuconfig

	File systems  --->   
		<*> Second extended fs support  
	Device Drivers  --->        
		SCSI device support  --->     
          	<*> SCSI disk support     
		[*] Block devices  --->  
			<*>   RAM block device support                                                   
			(16)    Default number of RAM disks                                            
			(8192)  Default RAM disk size (kbytes)  （修改为8M）
	General setup  --->  
		[*] Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support

重新编译内核，复制到/tftpboot