Linux内核开发_3_busybox

Busybox简介

busybox是一个开源项目，集合了Linux的常用命令，且体积非常小，一般被用于嵌入式Linux上。

busybox在编写初期的思想就是简洁，小巧，强悍，并且设计时从系统资源考虑，节省内存，动态编译busybox工具包总大小才几百kb，如果是静态编译则才1MB左右，非常适合用于嵌入式开发，与发行版不同，发行版使用的不是busybox，一些流行发行版一般使用的都是GNU fileutils、shellutils，这些工具链里包含了对文件，还有一些shell支持的命令，就是我们常用的ls之类的命令，都属于GNU的开源项目。

下载Busybox

你可以在它的官网下载到有关Busybox的所有开源版本的源代码：

https://busybox.net/downloads/

将Busybox制作成根文件系统

前几篇文章讲了如何使用Initramf作为根文件系统，但是效果并不能达到我们的要求，这篇文章使用busybox做一个完整的根文件系统，并且不将它作为临时根文件系统，而是把它当作一个实际根文件系统，供Linux内核使用。

根文件系统简述

在Linux中，根文件系统就是Linux下“/”目录，Linux把文件系统挂载到这个目录下，这个目录下一般拥有Linux运行时需要的一些设备文件，如块设备，tty，字符设备文件等。

编译Busybox

这里我下载的是1.27.0版本的

wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.27.0.tar.bz2

这里跟大家说一个tar解压命令的小技巧，原本这种解压我们需要使用对应的选项，二次解压后才能得到原文件，这里我们不需要指定这些，tar命令会自动帮我们分析

tar -xf busybox-1.27.0.tar.bz2

-x是解压的意思，-f是文件的意思，我们不需要指定解压格式，tar会自动帮我们分析

busybox目录结构说明：

applets

主要是实现applets框架的文件

applets_sh

一些有用的脚本，例如：dos2unix、unix2dos等

archival

与压缩有关的命令源文件，例如：bzip2、gzip等

configs

自带的一些默认配置文件

console-tools

与控制台相关的一些命令，例如：setconsole

coreutils

常用的核心命令，例如：cat、rm等

editors

常用的编辑命令，例如：vi、diff等

findutils

用于查找的命令，例如：find、grep等

init

init进程的实现源文件

networking

与网络相关的命令，例如：telnetl、arp等

shell

与shell相关的实现，例如：ash、msh等

util-linux

Linux下常用的命令，主要是与文件系统相关的，例如：mkfs_ext2等

配置busybox

和Linux一样，busybox使用menuconfig配置，可以在里面去裁剪一些不需要的模块，这里我们使用这个命令然后选择静态编译，因为在我们编译的Linux内核里，并不自带GLIBC库

sudo make menuconfig

选择“Busybox Setting"

选择”Build BusyBox as a static binary(no shared libs)” 按下“Y”

然后保存退出，使用make install编译

sudo make install

编译完成后会生成很多目录，其中_install目录里就是我们需要的bin文件，除了bin文件还包含了一些根文件系统所具备的一些设备文件

使用ls命令查看一下：

包含了一些基本的文件目录，如usr，bin这些Linux内核运行时的一些目录，当然，只有这些目录是不能算上一个完整的根文件系统目录的，还需要/dev /tty等目录。

创建文件系统

busybox编译完成了，上面也说了_install文件夹下的所有文件，要被拿来制作成文件系统，那么怎么制作呢？

很简单，在Linux上如果要对软盘或者U盘进行操作，那么就需要挂载，这里我们可以使用dd命令先创建一个软盘，作为我们的根文件系统的镜像文件，然后将它挂载到一个目录下，最后我们把busybox下_install目录copy到镜像文件挂载的目录下，这样镜像文件里就有了一个基础根文件系统所需要的设备文件目录，然后在卸载挂载，这样一个文件系统的镜像就已经制作完成了。

实践：

1.创建镜像文件

dd if=/dev/zero of=rootfs.img bs=4096 count=1024

这里我们创建一个4MB大小的镜像文件

然后使用ext3格式格式化这个镜像文件，前几篇文章说过，Linux子系统VFS负责与文件系统进行交互，但是VFS只认特定的格式，如NFS，EXT等，所以这里我们格式化一下，注意如果你的Linux内核不支持ext3，需要在make menuconfig时，选择file system里把这一选项按下Y,否则VFS会报内核恐慌

mkfs.ext3 rootfs.img

创建一个目录作为挂载点：

mkdir rootfs

挂载:

sudo mount -o loop rootfs.img rootfs/

将busybox下的_install文件夹下的所有文件copy过来

sudo cp -a ../busybox-1.27.0/_install/* rootfs/.

ls看一下：

除了这些文件以外，我们还需要三个设备文件dev proc sys

这里介绍一些这三个文件的作用：

/sys/ 用于管理存储文件，文件相关管理 的，sys是运行在内存中的
/proc 用于管理进程，是对进程管理，运行的进程参数管理的
/dev 存放各种设备节点，除了设备节点还会存储socket，管道文件

这些是Linux内核运行时需要的三个设备节点，这里我们创建出来，具体这些文件的作用，我后面在写文件系统组成时会详细讲解，目前各位只需要知道这些文件在运行时，会被Linux内核里的一些文件管理系统挂载到上面去

注意这些文件需要创建在rootfs文件夹下哦

cd rootfs
sudo  mkdir dev proc sys
cd ..

基本一个文件系统的基础已经搭好了，那么这样我们就可以卸载挂载了，然后把这个挂载目录删除或者不删除都可以

sudo umount rootfs

那么到这一步，基本上一个简单的根文件系统已经搭好了，可以用作嵌入式，或者amd都可以。

运行

使用qemu指定我们的硬盘路径，然后模拟运行：

qemu-system-x86_64 -kernel /usr/src/linux-4.10.15/arch/x86/boot/bzImage\
                   -hda rootfs.img \
                   -append "root=/dev/sda init=/bin/ash"

这里来解释一下选项：

-hda 是指定硬盘文件

-append 这个选项不用多说了，第一篇文章有说过，这里说一下里面的运行

root=/dev/sda 这个是指定根文件系统挂载点，大家有没有发现其实我们刚刚创建时，只是创建了一个dev目录，但是并没有创建sda这个目录，这个不用担心，因为Linux内核运行时会在自动创建设备文件，并将文件系统挂载到这些文件上，这个sda就是文件系统挂载目录，这个设备文件必须指定为sda，经过测试结果是这样，查的资料是这个设备文件是指整个硬盘，还有sda1，sda2这些是指硬盘下的分区，至于更详细的资料，还在查阅读内核代码中。

最后面，的init可以不用指定，这个就是在根文件目录下的bin下找一个可执行文件，如果不指定的话Linux内核会自动寻找几个常用的init

这几行代码是位于Linux内核init/main.c文件下的kernel_init函数下，它会去依次使用try_to_run_init_process函数来调用不同的初始化函数，如果你的根文件系统下有对应的文件就ok，如果没有则会引起内核恐慌，找不到init程序。

与Linux2.6内核不同的是Linux2.6使用的是init_post，这个函数会发生两次调用，第一次是进入到init_post，完成相关初始化后在去依次创建这些进程。

但是到了我们所使用的内核时，只会发生一次函数调用，初始化前面就已经被完成了，就只会发生调用创建进程的函数，可以说得上是运行速度和资源上的提升了。

因为在内核里，一切都最好按照一个整体来设计，这样就可以省去不必要的接口调用，等函数调用时发生的堆栈保护等问题。

所以这也是为什么可以在Linux内核里看到大量的内联函数的原因。

运行结果：

注意运行后要按两下回车，因为运行时init已经打印出数据来了，但是Linux内核的一些工作是后续完成的，也会打印出来，会导致你可能看不到“#”这个输入交互字符，建议按两下回车，刷一下缓冲流，有的时候这会让人觉得是不是运行没有成功，哈哈我就是。

添加自己的调试程序

这里教大家一个小技巧，比如我写了一个调试程序，那么我想调试它怎么办？

我们可以先挂载镜像文件，然后把我们的文件打包到bin目录下就可以了，不过打包的文件要静态编译，这一点在第一章已经说过了，这里就不多说啦。

先随便写一个文件：

vim test.c

#include <stdio.h>

int main(){
    printf("test!");
    return 0;
}

gcc静态编译：

gcc -static -o test test.c

然后挂载一下镜像文件，在把test copy进去

sudo mount -o -loop rootfs.img rootfs
sudo cp test rootfs/bin/

然后运行，Linux内核时到bin目录下执行即可

记得把镜像文件分配大一点哦，不然会出现 No space left on device的错误。