如何定製Linux外圍檔案系統？

qcloud發表於2019-01-28

本文由雲+社群發表

作者：我是乖寶寶哦

一般來說，我們所說的Linux系統指的是各種基於Linux Kernel和GNU Project的作業系統發行版。為了掌握Linux作業系統的使用，瞭解 Linux作業系統的運作過程，理解核心與外圍支撐系統的關係，加深對開源作業系統的認識，我決定造個輪子——自己定製一個Linux檔案系統。

這裡有兩種實現方法：

直接自己實現init**\*（M1）***

載入bios 的硬體資訊-> 讀取MBR –>執行Grub ->載入kernel–> 載入驅動–> init –> 執行bash

利用系統/sbin/init**\*（M2）***

載入bios 的硬體資訊-> 讀取MBR –>執行Grub ->載入kernel–> 載入驅動–> init –> /sbin/init -> 取得run-level資訊 -> /etc/rc.d/rc.sysinit -> services –> /etc/rc.d/rc.local –> mingetty –> login

我們先選擇*M1*。

思路

利用原有系統複製必備部件到新儲存器
利用initrd.img機制在RAM Disk中測試
搭配原檔案核心和模組啟動

Step1：獲得shell版本的initrd.img

首先，我們可以寫一個指令碼init，使得核心用該檔案系統啟動後能夠直接獲得一個Bash。

建立指令碼 init

其中：/bin目錄下是常用命令，init是自己寫的指令碼，/lib64目錄下是應用程式所依賴的動態庫。

init 內容

現在我們需要使用命令列，建立bin和sbin目錄，向其中新增bash、ls、rm、cp、mv、echo、cat、less等基礎命令。由於這些命令需要依賴/lib64等目錄下的一些動態連結的共享庫，所以需要將依賴的庫拷貝到小系統對應的目錄下，用ldd命令查詢應用程式及其依賴的動態庫。完成之後，執行：

find . | cpio -H newc -o | gzip > /boot/initrd.img

將根檔案系統打包成initrd.img放到/boot目錄下。啟動時系統會自動執行initrd.img中的init。

費了這麼大勁生成initrd.img，如何測試新建的initrd.img呢，需要在grub啟動配置檔案當中增加一個入口用於測試。

title CentOS 6 Mini
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64
initrd /initrd.img

這樣重啟之後就會出現啟動選項了。

Step2：完成掛載原系統能力

為了能掛載原系統，必須在initrd.img中載入原系統執行所必須的驅動模組，比如ext4檔案系統的驅動、scsi裝置的相關驅動等，/sbin/modinfo 配合/sbin/insmod，驅動放到/module

Step3：完成擁有管理裝置能力（udev）

利用管理、監控主機裝置的服務程式udevd來自動載入所需的驅動模組，比我們自己實現更加可靠。udevd的規則檔案在/lib/udev/目錄下，配置檔案在/etc/udev/目錄下，同時還需要/etc/nsswitch.conf配置的名稱服務交換，其依賴的庫為/lib目錄下以libnss開頭的檔案，將上述檔案拷貝到我們的目錄下，然後使用/sbin/start\_udev命令可以啟動udevd服務。（udevd需要呼叫一些其他的系統命令，如/sbin/modprobe，可用strace進行跟蹤獲取）。

小系統的目錄檔案

其中：/dev目錄下是系統存放可用裝置的目錄，/log是使用strace命令生成的log記錄檔案。

Step4：完成擁有login登入能力

由於login的機制比較複雜，涉及程式管理機制和程式組、控制檯等許多方面，因此我們採用*M2*，將/sbin/init命令拷到小系統目錄下，init指令碼改為

#!/bin/bash
exec /sbin/init

將控制權交給/sbin/init之後，系統啟動時就必須等到它完成一系列呼叫之後，進入login介面，使用者才能重新獲得控制權。

/sbin/init的過程大致分為三塊：第一塊是udevd載入驅動模組、檔案系統檢查和根切換，相關配置在/etc/rc.sysinit中；第二塊是啟動各項服務，相關配置在/etc/rc.d/目錄下；第三塊是登入部分，需要呼叫/sbin/mingetty和/bin/login等命令。將上述所涉及的命令及檔案拷貝到小系統對應的目錄下，並對配置進行修改。

由於小系統啟動之後initrd.img作為臨時根檔案系統直接在記憶體中執行，而我們小系統不需要進行根切換，故將/etc/rc.sysinit中remount\_needed()函式體註釋掉，這樣就不會根切換了。

由於系統採用了全新的Upstart啟動方式（/sbin/init程式已經改由upstart軟體包提供），將與Upstart啟動相關的配置檔案拷貝至小系統目錄下：

/etc/inittab 配置預設執行級別
/etc/init/rcS.conf 載入rc.sysinit指令碼，完成系統初始化任務
/etc/init/rc.conf 相容指令碼，負責各執行級別的呼叫處理
/etc/init/rcS-sulogin.conf 為單使用者模式啟動/sbin/sushell環境
/etc/init/control-alt-delete.conf 控制終端下的Ctrl+Alt+Del熱鍵操作
/etc/init/start-ttys.conf 配置tty終端的開啟數量、裝置檔案
/etc/sysconfig/init 控制tty終端的開啟數量、終端顏色方案
/etc/init/tty.conf 控制tty終端的開啟

將bootmini/etc/inittab的執行優先順序改為2，那麼系統啟動時/sbin/init將執行bootmini/etc/rc.d/rc2.d/目錄下以S開頭的檔案，將一些不需要開啟的服務檔名改為K開頭。

在bootmini/etc/rc.d/rc.local檔案中可以加入使用者需要系統開機啟動後自動執行的操作。

login程式基於認證體系PAM，配置檔案在/etc/pam.d/目錄下，相關庫檔案有/lib64/security/及其依賴的庫檔案；login還涉及使用者組管理/bin/chgrp、/bin/chown、/bin/chmod等，儲存使用者名稱的檔案/etc/passwd、/etc/group，使用者密碼檔案為/etc/shadow。其他一些涉及的檔案可通過strace來幫助分析。