详解制作根文件系统

目录

前言

 

具体步骤 

一.编译／安装busybox，生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录

二.利用交叉编译工具链，构建/lib目录

三.手工构建/etc目录 

四.手工构建最简化的/dev目录

五.创建其它空目录

六.配置系统自动生成/proc目录和构建完整的/dev目录

七.制作根文件系统的映像文件

squashfs文件系统制作

jffs2文件系统制作

一些错误的记录

总结

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前言

简介

FHS（Filesystem Hierarchy Standard）标准介绍

当我们在linux下输入ls  / 的时候，见到的目录结构以及这些目录下的内容都大同小异，这是因为所有的linux发行版在对根文件系统布局上都遵循FHS标准的建议规定。

该标准规定了根目录下各个子目录的名称及其存放的内容：

目录名	存放的内容
/bin	必备的用户命令，例如ls、cp等
/sbin	必备的系统管理员命令，例如ifconfig、reboot等
/dev	设备文件，例如mtdblock0、tty1等
/etc	系统配置文件，包括启动文件，例如inittab等
/lib	必要的链接库，例如C链接库、内核模块
/home	普通用户主目录
/root	root用户主目录
/usr/bin	非必备的用户程序，例如find、du等
/usr/sbin	非必备的管理员程序，例如chroot、inetd等
/usr/lib	库文件
/var	守护程序和工具程序所存放的可变，例如日志文件
/proc	用来提供内核与进程信息的虚拟文件系统，由内核自动生成目录下的内容
/sys	用来提供内核与设备信息的虚拟文件系统，由内核自动生成目录下的内容
/mnt	文件系统挂接点，用于临时安装文件系统
/tmp	临时性的文件，重启后将自动清除

制作根文件系统就是要建立以上的目录，并在其中建立完整目录内容。其过程大体包括

• 编译／安装busybox，生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录
• 利用交叉编译工具链，构建/lib目录
• 手工构建/etc目录
• 手工构建最简化的/dev目录
• 创建其它空目录
• 配置系统自动生成/proc目录
• 利用udev构建完整的/dev目录
• 制作根文件系统的映像文件

具体步骤 

首先建立根文件系统文件 rootfs

mkdir rootfs

接下来就是生成根目录下各个子目录了

一.编译／安装busybox，生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录

1、找到SDK中提供的busybox

7z  x  busybox.7z

cd busybox

2、修改Makefile

ARCH            ?=  mips

CROSS_COMPILE   ?= mips-linux-gnu-

 这里ARCH会从CROSS_COMPILE 提取，所以我就没有修改

备注：（如果不想修改Makefile也可以通过make menuconfig配置编译编译工具链和编译选项， Busybox Settings  --->Build Options 下）

3、make menuconfig配置busybox

busybox配置主要分两部分

第一部分是Busybox Settings，主要编译和安装busybox的一些选项。这里主要需要配置：

1）、Build Options

Build BusyBox as a static binary (no shared libs)，表示编译busybox时，是否静态链接C库。我们选择动态链接C库，所以这里不勾选。

2）、Installation Options ("make install" behavior)

 What kind of applet links to install (as soft-links)  --->(X) as soft-links，表示安装busybox时，将各个命令安装为指向busybox的软链接还是硬链接。我们选择软链接。

Installation Options ("make install" behavior)  --->  (./_install) BusyBox installation prefix表示busybox的安装位置，我这里用的是默认的。

3）Busybox Library Tuning

保留Command line editing以支持命令行编辑；

保留History size以支持记忆历史命令；

选中Tab completion和Username completion以支持命令自动补全

我这里默认都是选中的。

第二部分是Applets，他将busybox的支持的几百个命令分门别类。我们只要在各个门类下选择想要的命令即可。这里我们基本保持默认设置。

1）选中Networking Utilities -- httpd下的Enable -u <user> option，以启用http服务器的功能allows the server to run as a specific user

4、编译安装

make defconfig 生成默认配置

make

make  install

安装完成之后安装目录_install下生成了bin  sbin  usr/bin  usr/sbin目录，其下包含了我们常用的命令，这些命令都是指向bin/busybox的软链接，而busybox本身的大小不到800K：

cp  -r  _install/* rootfs

 如果没有busybox的话也可以从网上下载，修改项差别不大

从http://www.busybox.net/ 下载busybox-1.7.0.tar.bz2

tar xjvf busybox-1.7.0.tar.bz2解包

修改Makefile文件

175 ARCH            ?= arm
176 CROSS_COMPILE   ?= arm-linux-

二.利用交叉编译工具链，构建/lib目录

光有应用程序（命令）是不够的，因为应用程序本身需要使用C库的库函数，因此还必需制作C库，并将其放置于/lib目录

• 目标文件，如crtn.o，用于gcc链接可执行文件
• libtool库文件（.la），在链接库文件时这些文件会被用到，比如他们列出了当前库文件所依赖的其它库文件，程序运行时无需这些文件
• gconv目录，里面是各种链接脚本，在编译应用程序时，他们用于指定程序的运行地址，各段的位置等
• 静态库文件（.a），例如libm.a，libc.a
• 动态库文件 （.so、.so.[0-9]*）
• 动态链接库加载器ld-2.3.6.so、ld-linux.so.2
• 其它目录及文件

这里我们可以使用 交叉编译工具链中 现成的cp过来

找到自己的交叉编译链的安装路径

这里我们只用cp动态库就好了

如果我们只制作最简单的系统，那么我们只需要运行busybox这一个应用程序即可。

通过执行# mips-linux-gnu-readelf -a busybox | grep 'Shared'确认busybox运行时需要用到的库

• 实际的共享链接库：libLIBRARY_NAME-GLIBC_VERSION.so。当然需要拷贝。
• 主修订版本的符号链接，指向实际的共享链接库：libLIBRARY_NAME.so.MAJOR_REVISION_VERSION，程序一旦链接了特定的链接库，将会参用该符号链接。程序启动时，加载器在加载程序前，会检索该文件。所以需要拷贝。
• 与版本无关的符号链接，指向主修订版本的符号连接（libc.so是唯一的例外，他是一个链接命令行：libLIBRARY_NAME.so，是为编译程序时提供一个通用条目）。这些文件在程序被编译时会被用到，但在程序运行时不会被用到，所以不必拷贝它。

拷贝以下文件

如果有报错Kernel panic - not syncing: Requested init /linuxrc failed (error -2).

这个错误说明/lib目录下动态库还是不完整，就要检查一下是否漏cp了

关于共享库的2个符号链接的作用的特别说明：

• 当 我们使用gcc    hello.c    -o    hello    -lm编译程序时，gcc会根据-lm的指示，加头（lib）添尾（.so）得到libm.so，从而沿着与版本无关的符号链接（libm.so -> libm.so.6）找到libm.so.6并记录在案（hello的ELF头中），表示hello需要使用libm.so.6这个库文件所代表的数学库 中的库函数。而当hello被执行的时候，动态链接库加载器会从hello的ELF头中找到libm.so.6这个记录，然后沿着主修订版本的符号链接 （libm.so.6 -> libm-2.3.6.so）找到实际的共享链接库libm-2.3.6.so，从而将其与hello作动态链接。可见，与版本无关的符号链接是供编译器 使用的，主修订版本的符号链接是供动态链接库加载器使用的，而实际的共享链接库则是供应用程序使用的。

添加厂商工具命令及依赖的动态库

方法类似。mips-linux-gnu-readelf -a 工具名称 | grep 'Shared'。将缺失的库添加即可。

三.手工构建/etc目录 

/etc 目录存放的是系统程序的主配置文件，因此需要哪些配置文件取决于要运行哪些系统程序。即使最小的系统也一定会运行1号用户进程init，所以我们至少要手 工编写init的主配置文件inittab。busybox的inittab文件的语法、语义与传统的SYSV的inittab有所不同。

inittab 文件中每个条目用来定义一个需要init启动的子进程，并确定它的启动方式，格式 为<id>:<runlevel>:<action>:<process>。例 如：ttySAC0::askfirst:-/bin/sh

• <id>表示子进程要使用的控制台，若省略则使用与init进程一样的控制台
• <runlevel>表示运行级别，busybox init程序这个字段没有意义
• <action>表示init进程如何控制这个子进程

• sysinit：系统启动后最先执行，只执行一次，init进程等待它结束后才继续执行其它动作
• wait：系统执行完sysinit条目后执行，只执行一次，init进程等待它结束后才继续执行其它动作
• once：系统执行完wait条目后执行，只执行一次，init进程不等待它结束
• respawn：启动完once进程后，init进程监测发现子进程退出时，重新启动它
• askfirst：启动完respawn进程后，与respawn类似，不过init进程先输出” Please press Enter to activate this console“，等用户输入回车后才启动子进程
• shutdown：当系统关机时
• restart：Busybox中配置了CONFIG_FEATURE_USE_INITAB，并且init进程接收到SIGUP信号时执行，先重新读取、解析/etc/inittab文件，再执行restart程序
• ctrlaltdel：按下ctrl+alt+del键时执行，不过在串口控制台中无法输入它

• <process>表示进程对应的二进制文件。如果前面有-号，表示该程序是“可以与用户进行交互的”

1）可以构建最简单的文件内容

我们可以制作最简单的/etc/inittab文件，其内容如下：

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

制作最简单的脚本程序文件/etc/init.d/rcS，其内容如下：

#!/bin/sh
ifconfig eth0 192.168.2.17

修改shell脚本文件/etc/init.d/rcS的权限，以使其可被执行：

# chmod a+x /etc/init.d/rcS

 

2）这里我用的是busybox 的 examples/bootfloppy/etc中的文件

etc 目录可参考系统 /etc 下的文件。其中最主要的文件包括 inittab、fstab、init.d/ rcS 文件等，这些文件最好从 busybox 的 examples/bootfloppy/etc 目录下拷贝过来，根据需求自行修改。

修改inittab文件：

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

console::askfirst:-/bin/sh

::once:/usr/sbin/telnetd -l /bin/login

::ctrlaltdel:/sbin/reboot

::shutdown:/bin/umount -a -r

------------------------------------------------------

修改fstab 文件 ：

proc    /proc   proc    defaults        0       0

tmpfs   /tmp    tmpfs   defaults        0       0

sysfs   /sys    sysfs   defaults         0       0

tmpfs   /dev    tmpfs   defaults        0       0

var     /dev    tmpfs   defaults        0       0

------------------------------------------------------

修改/init.d/rcS文件：

#!/bin/sh

PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin

runlevel=S

prevlevel=N

umask 022

export PATH runlevel prevlevel

mount -a

mkdir /dev/pts

mount -t devpts devpts /dev/pts

echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug

mdev -s

mkdir -p /var/lock

/bin/hostname -F /etc/hostname

# chmod a+x /etc/init.d/rcS， 记得赋权限

------------------------------------------------------

修改 profile文件：

#Ash profile

#vim : syntax=sh

#No core files by default

#ulimit -S -c 0 > /dev/null 2>&1                                                                    

USER="`id -un`"

LOGNAME=$USER

PS1='[\u@\h \W]# '           

PATH=$PATH

HOSTNAME=`/bin/hostname`

echo "hello world."

echo "Done"

export USER LOGNAME PS1 PATH

------------------------------------------------------

echo "mipsT40" > etc/hostname  内容自定，将来作为主机名

3）其他文件

复制宿主机下的 /etc/passwd     grop    shadow  到此目录下

同时修改 /etc/inittab

console::respawn:/sbin/getty -L console 115200 vt100 # GENERIC_SERIAL

这样就会启动后就需要输入密码才能登陆了

 

四.手工构建最简化的/dev目录

创建两个设备节点：

#mknod console c 5 1

#mknod null c 1 3

也可以直接从系统中拷贝过来 需要的设备文件。拷贝文件时请使用 cp –R filename。

五.创建其它空目录

根据前面所列的目录，看缺少什么就创建

 

六.配置系统自动生成/proc目录和构建完整的/dev目录

上面的rcS已经完成了这些操作

1、PATH=xxx
(1)首先从shell脚本的语法角度分析，这一行定义了一个变量PATH，值等于后面的字符串
(2)后面用export导出了这个PATH，那么PATH就变成了一个环境变量。
(3)PATH这个环境变量是linux系统内部定义的一个环境变量，含义是操作系统去执行程序时会默认到PATH指定的各个目录下去寻找。如果找不到就认定这个程序不存在，如果找到了就去执行它。将一个可执行程序的目录导出到PATH，可以让我们不带路径来执行这个程序。
(4)rcS中为什么要先导出PATH？就是因为我们希望一旦进入命令行下时，PATH环境变量中就有默认的/bin， /sbin， /usr/bin， /usr/sbin 这几个常见的可执行程序的路径，这样我们进入命令行后就可以ls、cd等直接使用了。
(5)为什么我们的rcS文件还没添加，系统启动就有了PATH中的值？原因在于busybox自己用代码硬编码为我们导出了一些环境变量，其中就有PATH。

2、runlevel=
(1)runlevel也是一个shell变量，并且被导出为环境变量。
(2)runlevel=S表示将系统设置为单用户模式

3、umask=
(1)umask是linux的一个命令，作用是设置linux系统的umask值。
(2)umask值决定当前用户在创建文件时的默认权限。

4、mount -a
(1)mount命令是用来挂载文件系统的
(2)mount -a是挂载所有的应该被挂载的文件系统，在busybox中mount -a时busybox会去查找一个文件/etc/fstab文件，这个文件按照一定的格式列出来所有应该被挂载的文件系统（包括了虚拟文件系统）

5、mkdir /dev/pts；mount -t devpts devpts /dev/pts
挂载虚拟内核文件设备

6、echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
当有热插拔事件产生时，内核会调用/proc/sys/kernel/hotplug文件里指定的应用程序来处理热插拔事件。

7、mdev -s
自动装配/dev目录下的设备文件

8、/bin/hostname -F /etc/hostname
指定主机名配置文件

七.制作根文件系统的映像文件

可以从以下两种文件系统中选择一种

 squashfs：只读文件系统，压缩率高

 jffs2：可读写文件系统，可选择压缩方式

squashfs 文件系统是一套基于 Linux 内核使用的压缩只读文件系统，压缩率高。 squashfs 具有如下特点： 优点： 压缩率高，数据(data)，节点(inode)和目录(directories)都被压缩，可以节省 flash 空间，最大可以支持 4G 文件系统。 缺点： 无法写操作

squashfs 文件系统是一套基于 Linux 内核使用的压缩只读文件系统，压缩率高。
squashfs 具有如下特点：
优点： 压缩率高，数据(data)，节点(inode)和目录(directories)都被压缩，可以节省 flash 空间，最大可以支持 4G 文件系统。
缺点： 无法写操作

 

jffs2 是 RedHat 的 David Woodhouse 在 jffs2 基础上改进的文件系统，是用于
微型嵌入式设备的原始闪存芯片的实际文件系统。jffs2 文件系统是日志结构化的可读写
的文件系统。jffs2 的优缺点如下：
优点: 使用了压缩的文件格式。最重要的特性是可读写操作。
缺点: jffs2 文件系统挂载时需要扫描整个 jffs2 文件系统，因此当 jffs2 文件系
统分区增大时，挂载时间也会相应的变长。使用 jffs2 格式可能带来少量的 Flash 空间
的浪费。这主要是由于日志文件的过度开销和用于回收系统的无用存储单元，浪费的空
间大小大致是若干个数据段 jffs2 的另一缺点是当文件系统已满或接近满时，jffs2 运行
速度会迅速降低。这是因为垃圾收集的问题

squashfs文件系统制作

# mksquashfs rootfs ./rootfs.squashfs.img -b 64K –comp xz

注：制作之前请先删除要保存 squahfs 目录里面同名的 squashfs 文件

squashfs介绍和安装_mayue_web的博客-CSDN博客_squashfs

jffs2文件系统制作

# mkfs.jffs2 –d ./rootfs -l –e 0x8000 -s 0x1000 -o rootfs.jffs2.img --pad=0x200000

mkfs.jffs2 -o root-uclibc-1.1.jffs2 -r root-uclibc-1.1 -e 0x10000 -s 0x1000 -n -l -X zlib --pad=0x10000

参数简介：

-o, --output=FILE 指定生成文件的文件名.(default: stdout)

-r, -d, --root=DIR 指定需要制作的文件夹目录名.(默认：当前文 件夹)

-e, --eraseblock=SIZE 设定擦除块的大小为(默认: 64KB)

-s, --pagesize=SIZE 节点页大小(默认: 4KB)

-n, --no-cleanmarkers 指明不添加清楚标记（nand flash 有自己的校 检块，存放相关的信息。） 如果挂载后会出现类似：CLEANMARKER node found at 0x0042c000 has totlen 0xc != normal 0x0 的警告，则加上-n 就会消失。

-l, --little-endian 指定使用小端格式

-X, --enable-compressor=COMPRESSOR_NAME 指压缩格式

-p, --pad[=SIZE] 通常用 16 进制表示输出文件系统大小，不足部 分用 0xff 补充

UBI文件系统制作

（1）mkfs.ubifs 制作 UBI 文件系统（不带卷集信息）

（2）mkfs.ubifs -e 0x1f000 -c 568 -m 2048 -d config/ -o config.ubifs -v
（3）参数简介：
-e 0x1f000 ： 表示逻辑擦除块（LEB） 的 size。
-c 568 ： 最多逻辑可擦除块数目为 568(568*128KB=71MB),这个可根据
ubi volume 数量来设置， 实际上是设置此卷的最大容量。（理论上要给bad block坏块预留点空间，制作的时候尽量预留一点出来，-c 指定该分区最大逻辑擦除块数量，该值随着根文件系统分区的大小和该分区的坏块数调整。）
-m 2048 : flash 最小的读写单元， 一般为 flash 的页大小。
-d config/ ： 需要制作成 UBI 文件系统的源文件。
-o config.ubifs ： 制作出来的镜像名称为 config.ubifs。
-v ： 显示制作的详细过程。
备注：制作成功的 UBI 镜像，是没有创建 volume 的，不能直接烧录使用，需
要进行创建 volume 步骤（挂载时需要配合 ubiattach ,ubimkvol 命令使用）。
简单的脚本挂载（mtd3）：
ubiattach -m 3 -d 3 /dev/ubi_ctrl
avlSize=$((((0x$(cat /proc/mtd | grep "mtd3" | cut -d ' ' -f
2)/128/1024)-20)*124*1024))
ubimkvol /dev/ubi3 -N config -s $avlSize
mount -t ubifs /dev/ubi3_0 /mnt
（2）ubinize 制作 UBI 文件系统（带有卷集信息）
ubinize -o config.img -m 2048 -p 128KiB -s 2048 ubinize.cfg -v
参数简介：
-o config.img ： 制作出的镜像名称是 config.img。
-m 2048 ： flash 最小的读写单元， 一般为 flash 的页大小。
-p 128KiB ： 表示物理擦除块（PEB） 的 size， 一般为块大小。
-s 2048 ： UBI 头部信息的最小输入输出单元， 一般与最小读写单元
(-m 参数)大小一样。
ubinize.cfg ： 制作带 volume UBI 格式的镜像所需要的配置文件。
-v ： 显示制作过程中的详细参数。
（3）ubinize.cfg 制作：
$ touch ubinize.cfg
$ vim ubinize.cfg
[ubifs]
mode=ubi
image=config.ubifs
vol_id=0
#vol_size=64MiB
vol_type=dynamic
vol_name=config
vol_flags=autoresize
vol_alignment=1
参数介绍：
mode=ubi ： 这是个强制参数， 目前只能是 ubi
image=config.ubifs ： 指定 mkfs.ubifs 制作 UBI 文件系统制作的 UBI 镜
像， 作为源文件。
vol_id=0 ： 指定卷的 id 为 0。
vol_size=64MiB ： 指定该卷的 size 为 64MiB， 使用该参数的时候要注
意当设置了 vol_flags=autoresize， 这个参数将不起作用， 设置成了自动分
配 size。 手动指定 size 的时候， 要注意， 参数的大小不能超过当前分区的
最大 size。
vol_type=dynamic ： dynamic： 当前卷为动态卷， 是可读可写的。
static： 表示卷为静态卷， 是只读的。
vol_name=config ： 指定当前卷的卷名为 config。
vol_flags=autoresize ： 指定当前卷为自动分配 size， 当有一个文件系统有
两个卷的时候只能有一个为 autoresize。
vol_alignment=1 ： 指定对齐方式， 默认为 1。
备注：通过 ubinize 制作的 ubi 文件系统可以直接烧录使用

 

UBI 内部空间开销 大致包含:

 2 个可擦除块用来存储 UBI 分区表

 1 个可擦除块用来做磨损均衡

 1 个可擦除块用来做 atomic LEB 更新

 按每 1024 个可擦除块预留 20 个可擦除块的比例，预留空间做坏块管理(不足 1024 的，按 1024 算)，假设 预留 B1

 每个可擦除块，预留 2 个 page size 存储 EC header 和 VID header，如果 Nand Flash 支持 sub-pages 则每 个可擦除块预留 1 个 page size 存储 EC header 和 VID header

 MTD 分区中的坏块个数 B2

 坏块管理开销为 MAX(B1,B2) (B1,B2 哪个大就以哪个计算)

 

举例 以一个 50M 的 MTD 分区，假定可擦除块的 size 为 128KiB，共 400 个可擦除块，page size 为 2KiB，不支持 sub-pages，并且无坏块，则其 UBI 预留空间为:

(20 + 4) * 128KiB + 4KiB * (400 – 20 – 4) = 4576KiB

 

可以用来创建 volume 的空间为: 50M – 4576KiB = 46624KiB

一些错误的记录

1、文件系统打到内核中启动时报错

 VFS: Cannot open root device "(null)" or unknown-block(0,0): error -6

问题原因

文件系统缺少 init软连接

ln -s init bin/busybox

补充：如果不是这个原因 就要检查一下 busybox 和 lib是不是对应的，busybox 必须要使用与之对应的工具链中的库才行。

2、挂载jffs2系统报错 ： jffs2: jffs2_scan_eraseblock(): Magic bitmask 0x1985 not found at 0x00000018: 0x2000 instead

我遇到这个问题的原因分区没擦，在uboot里面erase擦除了就好了

jffs2系统挂载不上的常见原因 · 荔枝派Zero指南 · 看云 (kancloud.cn)

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总结

参考 详解制作根文件系统_复兴之路

Uboot和系统移植（19）------- 根文件系统构建过程详解_big_C的博客