《從LFS到自己的Linux發行版》系列教程:一步到位體驗LFS11.0

大風無痕發表於2021-12-29

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前言

如果你把從原始碼開始編譯構建一個作業系統的工作當成廚師做一桌菜的話,Linux From Scratch(簡稱 LFS )就是一份“菜譜”。 從今天開始我準備寫系列教程,一步一步帶著大家從開源軟體的原始碼(大廚的“食料”)開始,基於最新版的 LFS(大廚的最新版“菜譜”)編譯出能執行的 Linux 作業系統、構建出能作為桌面日常使用的 Linux 作業系統、打包成可以在電腦上安裝的 Linux 作業系統、直至讓你做出跟 Deepin Linux 一樣好用的 GNU/Linux 發行版。這更是我們一步一步實踐的過程,也是我們逐步深入學習的過程。希望在走完這個過程後,我們的技術、能力能達到為 GNU/Linux 作業系統添磚加瓦,甚至走的更遠,作為一份子編制出我們自己的作業系統。

下面是我基於 LFS-11.0-systemd(以下簡稱 LFS11.0 )已經編譯構建好的 Linux 系統。完美無瑕,啟動了,登入了,甚至可以上網了,你看下圖。
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你心動了嗎? 不急, 跟著我,你只要 2 個小時,不要驚訝、就 2 個小時,你也能編譯、構建出能執行的 Linux 作業系統。作為《從LFS到自己的Linux發行版》系列教程的開篇,本篇會以最低難度、最明確步驟為宗旨,跟你一步到位體驗基於 LFS11.0 編譯、構建出能執行的 Linux 系統,讓你對 LFS 有個初步認識;力爭帶你一次成功,讓你樹立信心、獲得成就感。

第一節:LFS 準備工作

工欲善其事、必先利其器。為了順利地編譯構建你的 Linux 作業系統,我們該做好一些準備工作,免得過程中出問題、從頭再來,這樣的話 2 小時可是不能完成我們的 LFS 的啊。

  • 平臺準備:在我們日常使用的裝有 windows 作業系統的電腦任意硬碟上,準備不少於 200G 硬碟空間用於存放虛擬機器(在這個電腦硬碟講 TB 的年代,為了將來的編譯不出問題,特別是需要一路拍攝快照的情況下,還是多準備點吧)。下載虛擬機器軟體 VMware Workstation Pro 15.5.0(點此下載)並安裝。由於 Windows10 系統的原因,比 VMware Workstation Pro 15.5.0 更早的版本已經不能在 Windows10 系統下使用,如果已經安裝更新的版本可跳過此步。另外注意,你的電腦電源管理是否設定了休眠,如果是的話請取消這樣的設定。

  • 虛擬機器準備:我已經配置好了編譯構建 Linux 系統所需的虛擬機器(即宿主機),並把該虛擬機器 Deepin 上傳到我的百度網盤。你要做的是,下載該虛擬機器(點此下載,提取碼 lfse),解壓到準備好的硬碟空間。例如下圖(不完全一致,下同)。在這裡插入圖片描述

  • 開啟虛擬機器:用虛擬機器軟體 VMware Workstation 開啟之前下載解壓的虛擬機器 Deepin(就像用軟體 Word 開啟 doc 文件一樣,一層層目錄逐步深入尋找並開啟),啟動前檢查網路連線是否為橋接並把橋接模式設定為“已橋接至<你的物理機用的網路卡>”,例如我的虛擬機器已經橋接至我的電腦網路卡 Intel(R) Centrino(R) Wireless-N 2200
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  • 啟動虛擬機器 :啟動虛擬機器Deepin並登入,使用者名稱、密碼都為 lfser。如果你的電腦記憶體大於 8G、CPU多於 8 執行緒,在開啟虛擬機器 Deepin 前調整虛擬機器記憶體配置到計算機記憶體的一半、CPU 核數到計算機執行緒數的一半,以改善虛擬機器 Deepin 的使用體驗、使其更流暢。

  • 在虛擬機器 Deepin 中複製必須的檔案:把虛擬機器 Deepin 桌面上資料夾 LFS-11.0-systemd全家桶 中的硬碟分割槽指令碼 disk-partition.sh、LFS 原始碼包 lfs-packages-11.0.tar 和核心配置檔案 myconfig-5.13.12 等三個檔案複製到 lfser 的 home(即主目錄)中。LFS-11.0-systemd全家桶 資料夾中除了這三個檔案,LFS11.0 手冊、參考文件、LFS11.0 原始碼等都收納其中。
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  • ​虛擬機器 Deepin 中開啟終端:雙擊虛擬機器 Deepin 桌面底部 Dock 上的圖示開啟深度終端。在已經開啟的深度終端輸入程式碼 sudo su 並根據終端要求輸入系統管理員密碼 lfser,如下圖。
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  • 開啟原始碼:從桌面上資料夾 LFS-11.0-systemd全家桶 中找到檔案 LFS_code-4.2.0,雙擊並選“顯示”,系統自動載入程式碼編輯器 sublime 並開啟該程式碼檔案。

至此,我們為 LFS11.0 所做的準備工作全部完畢。

第二節:一步完成你的 LFS11.0

這一節,我們通過複製貼上一步完成 LFS11.0 。我們的基於 LFS11.0 編譯構造自己的 Linux 作業系統的工作都將在虛擬機器 Deepin 中進行。

  • 複製貼上程式碼一步完成LFS:在程式碼編輯器 sublime 開啟的程式碼檔案 LFS_code-4.2.0 中複製全部程式碼並貼上到之前已經通過輸入 sudo su 命令獲得管理員許可權的深度終端中執行。這一步 :Ctrl+C & Ctrl+V,已經足夠、你只須等待,深度終端不斷執行輸入的程式碼,直至 LFS 完成、虛擬機器關機。有些宿主機,在切換shell時,終端會停止執行,如果停止執行,請從停止處繼續複製貼上後續程式碼。可能停止處,程式碼中已經標明此處須等執行完畢再貼上後續程式碼image

深度終端執行這些程式碼期間,在不斷地進行原始碼的編譯、Linux 系統的構建,你會持續地看到終端出現如下的滾屏。
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在此期間,你不要關機(你的電腦、虛擬機器 Deepin 都不要關閉),不要在深度終端輸入任何字元,也儘量不要在虛擬機器 Deepin 中開啟其他視窗。你最好是把虛擬機器 Deepin 最小化到你電腦的工作列上,以免由於虛擬機器 Deepin 記憶體不足或者 CPU 高佔用而導致出現問題。

為了直觀地瞭解虛擬機器 Deepin 在這執行的 2 小時中,深度終端到底做了些什麼,把我基於 LFS11.0 並做了適當調整的一部分程式碼貼上於下面,本文不做詳深度解析(那正是下一篇所要呈現給大家的),如果暫時不想了解,儘管可以路過。

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#####                LFS,let's go!                      #####
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##########       II. Preparing for the Build       ##########

########## Chapter 2. Preparing the Host System

# sudo su

# apt-get update

# Deepin15以外的宿主機需要安裝的軟體根據不同的宿主機確定
# apt-get install  bison texinfo g++ -y

# ln -fs /bin/bash /bin/sh

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#####      分界線(此處以上程式碼在準備階段已經執行完畢)     #####
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fdisk -l

bash disk-partition.sh

mkfs -v -t ext4 /dev/sdb1

mkswap /dev/sdb2

##########

export LFS=/mnt/lfs

##########

mkdir -pv $LFS
mount -v -t ext4 /dev/sdb1 $LFS

/sbin/swapon -v /dev/sdb2

########## Chapter 3. Packages and Patches

mkdir -v $LFS/sources

chmod -v a+wt $LFS/sources

# 注意解壓後的目錄名
tar xvf lfs-packages-11.0.tar
cp -R 11.0/* $LFS/sources
cp myconfig-5.13.12 $LFS/sources
rm -rf 11.0

pushd $LFS/sources
md5sum -c md5sums
popd

########## Chapter 4. Final Preparations 

mkdir -pv $LFS/{etc,var} $LFS/usr/{bin,lib,sbin}

for i in bin lib sbin; do
  ln -sv usr/$i $LFS/$i
done

case $(uname -m) in
  x86_64) mkdir -pv $LFS/lib64 ;;
esac

mkdir -pv $LFS/tools

##########

groupadd lfs
useradd -s /bin/bash -g lfs -m -k /dev/null lfs
echo "lfs:lfser" | chpasswd

chown -v lfs $LFS/{usr{,/*},lib,var,etc,bin,sbin,tools}
case $(uname -m) in
  x86_64) chown -v lfs $LFS/lib64 ;;
esac

chown -v lfs $LFS/sources

[ ! -e /etc/bash.bashrc ] || mv -v /etc/bash.bashrc /etc/bash.bashrc.NOUSE

su - lfs

##########

cat > ~/.bash_profile << "EOF"
exec env -i HOME=$HOME TERM=$TERM PS1='\u:\w\$ ' /bin/bash
EOF

cat > ~/.bashrc << "EOF"
set +h
umask 022
LFS=/mnt/lfs
LC_ALL=POSIX
LFS_TGT=$(uname -m)-lfs-linux-gnu
PATH=/usr/bin
if [ ! -L /bin ]; then PATH=/bin:$PATH; fi
PATH=$LFS/tools/bin:$PATH
CONFIG_SITE=$LFS/usr/share/config.site
export LFS LC_ALL LFS_TGT PATH CONFIG_SITE
EOF

source ~/.bash_profile

##########        III. Building the LFS Cross Toolchain and Temporary Tools mportant Preliminary Material      ##########

########## Chapter 5. Compiling a Cross-Toolchain

# 設定4執行緒編譯,具體根據宿主機可用的執行緒數設定MAKEFLAGS
export MAKEFLAGS='-j4'

cd $LFS/sources

##########

tar xvf binutils-2.37.tar.xz
cd  binutils-2.37

mkdir -v build
cd       build

../configure --prefix=$LFS/tools \
             --with-sysroot=$LFS \
             --target=$LFS_TGT   \
             --disable-nls       \
             --disable-werror

make

make install -j1

# 退出build目錄
cd ..

cd ..
rm -rf  binutils-2.37

##########
#
#
#
#               中間省略3000行
#
#
#
##########

grub-install /dev/sdb

cat > /boot/grub/grub.cfg << "EOF"
# Begin /boot/grub/grub.cfg
set default=0
set timeout=5

insmod ext2
set root=(hd0,1)

menuentry "GNU/Linux, Linux 5.13.12-lfs-11.0-systemd" {
        linux   /boot/vmlinuz-5.13.12-lfs-11.0-systemd root=/dev/sdb1 ro tsc=reliable pmtmr=0x0
}
EOF

##########       Chapter 11. The End 

echo 11.0-systemd > /etc/lfs-release

cat > /etc/lsb-release << "EOF"
DISTRIB_ID="Linux From Scratch"
DISTRIB_RELEASE="11.0-systemd"
DISTRIB_CODENAME="KhaKha"
DISTRIB_DESCRIPTION="Linux From Scratch"
EOF

cat > /etc/os-release << "EOF"
NAME="Linux From Scratch"
VERSION="11.0-systemd"
ID=lfs
PRETTY_NAME="Linux From Scratch 11.0-systemd"
VERSION_CODENAME="KhaKha"
EOF

##########

logout

#############################################################
######  Deepin15以外宿主機此處需等執行完畢再貼上後續程式碼   #####
#############################################################

umount -Rv $LFS

shutdown now

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#####                 LFS,that's enjoy!                 #####
#############################################################

# 1、通過增加核心啟動引數tsc=reliable pmtmr=0x0,解決了clocksource問題(4.0.2-2021.12.13)
# 2、更改成無人值守版本用於在Deepin 15.5編譯(4.1.1-2021.12.16)
# 3、預設的核心配置檔案換成myconfig-5.13.12(4.1.2-2021.12.16)
# 4、改正inetutils配置程式碼錯誤(4.1.3-2021.12.20)
# 5、改正glibc安裝時缺失的兩條命令(4.1.3-2021.12.21)
# 6、myconfig-5.13.12增加CONFIG_RANDOM_TRUST_CPU=y (4.1.3-2021.12.22)
# 7、改正了建立/etc/passwd、/etc/group檔案命令和gcc安裝時切換目錄命令的位置(4.1.4-2021.12.25)
# 8、修改了基本網路配置,用可預見的裝置命名而不是傳統命名來命名網路介面卡名字,採用systemd-resolved配置DNS(4.1.5-2021.12.27)

​需要複製貼上到深度終端的全部程式碼,我已經上傳到百度網盤,可以下載(點此下載 ,提取碼 lfse)、在下一篇開始前提前閱讀一下,並與 LFS11.0 手冊做個對比,看有什麼不同。注意,無論是在你電腦的 Windows 系統中,還是虛擬機器 Deepin 中,開啟、編輯程式碼的最好工具是各種程式碼編輯器,推薦 sublime;千萬不要用 Word、WPS 等文件編輯器去開啟、編輯程式碼;在網頁、PDF 文件中複製的程式碼,也需要貼上在程式碼編輯器並加以檢查後才能使用。

你的虛擬機器在執行 2 小時後,基於 LFS11.0 的 Linux 系統已經構建好,虛擬機器 Deepin 會自動關機、並等你開啟你的 Linux 系統。(如果你的虛擬機器視窗最小化到你電腦的工作列了,那麼雙擊工作列上的虛擬機器圖示)你會看到如下視窗。
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第三節:開啟你的 LFS 系統

上節,我已經說了,你的電腦(當然是虛擬機器 Deepin)在把程式碼全部複製貼上到深度終端並執行約 2 小時後,已經完全編譯構建好了一個基於 LFS11.0 的 Linux 作業系統。那麼,深度終端到底做了些什麼、你的電腦到底發生了哪些變化呢?

下面這張圖是,我們的虛擬機器 Deepin 剛剛開啟的時候的系統目錄。
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可以看出,內建磁碟只有一個:系統盤。

再下面一張圖,是基於 LFS11.0 編譯構建 Linux 作業系統後的虛擬機器 Deepin 的系統目錄:
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可以看出,內建磁碟有兩個:系統盤、48GB 卷(從名字可以看出已經分割槽、格式化並掛載),多出了一個內建磁碟 48GB 卷。這個多出來的內建磁碟,就是我們通過把程式碼複製貼上到深度終端並回車執行,把虛擬機器上已經有的第二硬碟進行了分割槽,並對分割槽進行了格式化、掛載,形成了可以被電腦所用的硬碟分割槽。

那麼,這個之前剛剛分割槽、格式化的硬碟分割槽(即 48GB 卷)現在裡面有什麼呢?我們再看下圖。
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哇,裡面不再是像剛剛被格式化、空空如也的樣子了,裡面已經有 bin、boot 和 home 等一系列目錄,儼然是一個完整的 Linux 作業系統。對,這就是深度終端在執行 2 小時後編譯構建完成的 Linux 系統,只等你開啟。

下面,你跟著我一起來開啟你的 Linux 系統吧。

  • 進入虛擬機器 Deepin 的 BIOS 設定狀態:我們的虛擬機器 Deepin 的 BIOS 預設設定從第一硬碟啟動,如果現在馬上開機(當然是虛擬機器 Deepin),那麼所執行的還是第一硬碟所裝的 Deepin 作業系統,並不是你所編譯構建的 Linux 系統。下面,我們就來設定吧。在虛擬機器軟體 VMware Workstation 的選單欄,點啟動按鈕(紅色箭頭)右邊的向下箭頭,即出現啟動選單,在該選單選“開啟電源時進入韌體”選項,虛擬機器 Deepin 即進入 BIOS 設定狀態。
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  • 設定虛擬機器 Deepin 從第二硬碟啟動:進入了 BIOS 設定狀態、並設定成如下圖第二硬碟 Hard Drive (0,1) 在上、第一硬碟 Hard Drive (0,0) 在下的狀態,並儲存、退出,虛擬機器 Deepin 即自動重啟。
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  • 登入你的 Linux 系統:虛擬機器 Deepin 的 BIOS 設定完畢、儲存退出後,你的電腦 (虛擬機器 Deepin)即自動重啟,並很快進入你的 Linux 系統登入狀態,輸入使用者名稱 root(還沒建立其他使用者,現在只能以 root 使用者登入)和密碼 lfser(這個密碼是我在程式碼中設定的,你可以在程式碼中設定任意密碼,或者在登陸後輸入命令 passwd root 重新設定),你的 Linux 系統真的登入成功了。
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  • 試用你的Linux系統:在登入成功後,除了登入資訊,電腦顯示的就是一個黑乎乎的螢幕,她真的能為我們所用嗎?能連線網路嗎?我們在電腦中輸入命令ping www.baidu.com來檢查一下網路是否連線,看看出現什麼情況。噢 ,她已經聯網了,ping 出了百度網的網址、已經接收了 4 個資訊包(4 packets received),當然她還能接收更多資訊包,但我按 Ctrl+C 鍵人為地停止了這個過程 。
    image

That's Wonderful!這真是令人激動的時刻。

我已經把剝離了宿主機系統的 LFS 11.0 虛擬機器匯出、上傳到百度網盤,歡迎下載試用(點此下載,提取碼 lfse)。開啟 LFS 11.0 系統後,對比一下系統中 /etc/fstab 和 、/boot/grub/grub.cfg 兩個檔案與 LFS 時形成的這兩個檔案的區別,思考一下為什麼要做這些改變,為後續的學習做點鋪墊。

結語

你跟我一起,一步一步走來,真的從原始碼開始,編譯構造出了你的 Linux 作業系統 。儘管這個系統還很單薄、功能不是特別多,還不能輸入、顯示漢字,還沒有視窗;你的這個 Linux 作業系統的編譯構造過程,是用我配置好的虛擬機器 Deepin,把我根據 LFS11.0 手冊整理並適當改造了的程式碼直接貼上到深度終端,體驗了一次編譯構造 Linux 系統的過程,你對編譯構造的原理還不是很明瞭。

這正是我以後要跟你們繼續做的事情:詳細瞭解從原始碼到你的 Linux 系統的編譯構造過程,基於 BLFS 構造出能用於工作的功能豐富的 Linux 系統,把你的 Linux 系統裝入 U 盤並能在別的電腦(不是虛擬機器、也不是限於自己的電腦)、為別人所用,直至最終構造出像 Deepin Linux 一樣好用的、有完整的包管理機制的 Linux 作業系統。

這裡要順便表揚一下 Deepin Linux 。在我試用過的 GNU/Linux 作業系統中,這個 Linux 系統是最接地氣的,完全開箱即用,中文、輸入法及常規軟體統統搞定,我用這個系統進行 LFS 時,只做了三項簡單設定:一、通過深度軟體商店安裝了 sublime 這個程式碼編輯器;二、通過深度終端安裝了 g++ 等三個 LFS 編譯環境必須的軟體;三、通過深度終端對 sh 指向由 dash 改為 bash。這個系統,還特別漂亮,用來有蘋果系統的感覺。真不愧是我們自主作業系統的佼佼者!

如果我們一步一步走過了上述的全部過程,我相信對你我都有所裨益,能深刻理解作業系統構造原理,有能力去為 GNU/Linux 這個偉大的自由開源軟體添磚加瓦,甚至走的更遠,去創造出完全為我們所有的作業系統。等著那一天!

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