Linux裁減案例--裁減到10M以內

轉載：張宏偉、歐陽平平

嵌入式Linux由一個幾百KB的kernel(內核)和一些根據需要進行定製的系統模塊組成。由於Linux是開放源代碼的操作系統，因此，其在嵌入式領域有其不可替代的成本和高度靈活性等優勢。

　　將Linux系統裁減到就像DOS一樣只要一張軟盤就能啓動，是製作嵌入式Linux的基礎。網絡上有許多實現方法的介紹，但是在實踐過程中都或多或少存在着一些問題或不方便之處。我們結合自己在這方面的實踐經驗，詳細介紹基於軟盤Linux的製作過程。

　　三個基本元素

　　一個嵌入式Linux系統只需要下面三個基本元素：引導程序、Linux微內核(由內存管理、進程管理和事務處理構成)和初始化進程。如果要讓它有更多的功能且保持小型化，還可以加上文件系統、TCP/IP網絡支持、GUI(圖形用戶界面)和設計精簡的應用程序，並將其放在ROM、RAM、FLASH或Disk On Chip中啓動。由於嵌入式Linux操作系統的高度靈活性，開發者可以很容易地對它進行定製或作適當開發，來滿足實際應用需要。

　　將Linux的系統裁減到只要一張軟盤就能啓動，不但是製作嵌入式Linux的基礎，而且自己也有廣泛的應用前景。這些應用包括簡單路由器管理、三層交換機管理、floppy-boot防火牆管理等。國外有專門的組織致力於這方面的工作，如LOAF(Linux on a floopy)等組織。

　　選擇內核

　　創建一個啓動盤首先必須創建系統內核。由於軟盤容量有限，因此常採用對內核進行手工配置，去掉不必要的模塊的方法來裁減內核。

　　要想裁減內核體積，創建它時就得把不必要的功能去掉，如去掉對網絡的支持和對不必要設備的支持。但是一定要記住保留內核對RAMDISK和ext2的支持，否則啓動盤將不能工作。其過程如下：

　　1)以root超級用戶登錄，進入目錄/usr/src/linux。

　　2)執行#make menuconfig來對內核模塊進行配置(也可以在X Window中運行make xconfig)。

　　3)依次執行#make dep和#make bzImage (如果內核不大則執行#make zImage),執行該命令後，將在/usr/src/linux/arch/i386/boot目錄下生成內核文件bzImage(或zImage)。若配置中加入了模塊的支持(選項爲M)，還需要執行#make modules和#make modules_install。

　　4)用命令#cp usr/src/linux/arch/i386/ boot/bzImage /boot拷貝新內核到/boot目錄,修改文件/etc/lilo.conf，加入：

　　image = /boot/bzImage
　　label = new
　　root =/dev/hdxx(你自己的啓動硬盤分區)
　　read-only

　　執行命令#lilo載入新內核，#reboot重啓系統，在出現“lilo:”時鍵入new。若系統正常引導，則執行下一步，若不行則用老內核引導後，到步驟1)重新配置編譯內核。

　　5)插入軟盤執行
　　#dd bs=1k if=/usr/src/linux/arch/i386/ boot/bzImage of=/dev/fd0
　　這樣將內核拷貝到軟盤上。

　　6)用命令#ls -s將在/usr/src/linux/ arch/i386/boot/bzImage得到內核的大小(假定爲476)，將這個大小記錄下來以備後用。

　　這樣就製作了包含裁減內核的可供啓動的Linux啓動軟盤。但是由於沒有root文件系統，使用這張軟盤啓動系統後，系統會顯示“VFS: cannot open root device x:x”和“kernel panic: VFS: unalbe to boot root fs on x:x”的錯誤。

　　root文件系統
　　一個root文件系統必須包括支持完整Linux系統的全部東西，因此，它至少應包括：基本文件系統結構；至少含有目錄/dev、/proc、/bin、/etc、/lib、/usr、/tmp；最基本的應用程序，如sh、ls、cp、mv等；最低限度的配置文件，如rc、inittab、fstab等；設備：/dev/hd*、/dev/ tty*、/dev/fd0；基本程序運行所需的函數庫。

　　由於以上所需文件遠超過1.44M，因此我們通常的做法是在準備好內容後將其壓縮到軟盤中。當用軟盤啓動時，再把文件解壓到內存中，形成一個虛擬盤(RAMDISK)，通過RAMDISK控制系統啓動。如果你使用LILO控制啓動，先檢查一下LILO的配置文件/etc/lilo.conf中定義的RAMDISK的大小：

　　RAMDISK_SIZE = nnn
　　創建root文件系統

　　回到根目錄或用戶的缺省目錄，用#mkdir flop建立工作目錄flop。在這個目錄下用mkdir建立以下一些目錄：/dev，設備；/proc - proc，文件系統所需目錄；/etc，系統配置文件；/sbin，重要的系統程序；/bin，基本應用程序；/lib，共享函數庫；/mnt，裝載其他磁盤節點；/usr，附加應用程序。

　　其中/proc、/mnt和/usr在此情況下都是空的，只需要用mkdir創建它們即可。其餘的目錄應根據需要分別創建。下面對它們一個一個地詳細敘述。

　　/dev：這個目錄中含有系統不可缺少的設備文件。你可以把現有系統中/dev的文件拷貝過來，然後刪除不必要的文件。不過一定要保留console、kmem、mem、null、ram、tty*等文件。其餘的都可以根據需要刪除。

　　/etc：這個目錄中含有一些必不可少的系統配置文件。一般可以包含rc.d/* (系統啓動腳本)、fstab(列出要登錄的文件系統)、inittab(包含啓動過程參數)、passwd (用戶名和目錄)、group(用戶組)、shadow(用戶加密密碼)。如果不使用init作爲登錄進程，而將init鏈接到/bin/bash，則/etc目錄下可以不含有任何文件。

　　/bin和/sbin：該目錄中包含有必不可少的應用程序，如ls、mv、cat、cp、getty(mingettty)。也可以根據自己的需要選擇，不過一定要記住包括以下程序：init、getty、login、mount、bash。

　　/lib:該目錄中包含有你的啓動盤啓動過程中所需要的共享函數庫。在/lib目錄下還必須有函數庫裝載器，這個裝載器或是ld.so (對a.out庫)或是ld-linux.so (對ELF庫)。

　　模塊
　　如果有一個模塊化的內核，你還得必須考慮需要加載的模塊。它們都位於/lib/modules。你可以把不是很重要的模塊放到別的盤上，當系統啓動後再加載，這樣會節省啓動盤的空間。

　　打包
　　1)建立loop設備的臨時掛接點和一個大小爲4.6兆(大小可以調節)的臨時文件，並將其清零：
　　#mkdir /mnt/loop 2>/dev/null
　　#dd if=/dev/zero of=/tmp/loop_tmp bs=1k count=4600 >/dev/null

　　2)將loop設備與臨時文件聯繫起來
　　#losetup /dev/loop0 /tmp/loop_tmp

　　3)Linux內核識別兩種可以直接拷貝到RAMDISK的文件系統，它們是minix和ext2，ext2性能更好：
　　#mke2fs -m 0 /dev/loop0 2>/dev/null
　　#mke2fs將會自動判斷設備容量的大小並相應地配置自身，-m 0參數防止它給root保留空間，這樣會騰出更多的有用空間。

　　4)接着把虛擬盤掛在節點/mnt上：
　　#mount /dev/loop0 /mnt/loop -t ext2

　　5)將製作好的root文件系統拷貝到所掛的節點上，卸下掛接點，刪除建立的掛接點，再取消loop設備與臨時掛接點的聯繫。
　　#cp -a ./tree/* /mnt/loop
　　#umount /mnt/loop
　　#rmdir /mnt/loop 2>/dev/null
　　#losetup -d /dev/loop0

　　6)壓縮文件系統後，就擁有了一個壓縮的root文件系統，刪除建立的臨時文件。
　　#dd if=/tmp/loop_tmp | gzip -9 > rootfs.gz
　　#rm -f /tmp/loop_tmp

　　7)檢查壓縮後的root文件系統的大小，如果大了，還得去掉一些東西。
　　#ls -s ./zImage|cut -f2 -d

　　整合
　　有了root文件系統和內核之後，最後的工作就是把它們整合在一起。

　　先檢查總文件的大小，包括已經制作的內核和打包的root文件系統。如果超出1.44M，就得考慮重新創建。root文件系統所需的所有文件都準備就緒，你就可以運行它了，運行結果應該沒有錯誤，否則就應該仔細檢查一下。

　　真正的嵌入式Linux系統
　　到這裏基於軟盤的Linux盤已經做好了，剩下的工作就是測試這張盤的正確性，如果有問題還得從頭再來。
　　現在許多Linux的發行套件中都有廠家做好的啓動盤，它們的製做原理和以上介紹的大同小異，但是它們常常使用許多不同的技巧，因爲它們要面對更多的硬件和各種可能發生的情況。

　　真正的基於IA應用的嵌入式Linux還必須加入GUI(圖形用戶界面)和設計精簡的應用程序，如網絡瀏覽器等。GUI方面開放源代碼的，國外有Microwindows(可訪問www.microwindows.org)，國內有miniGUI(可訪問www.minigui.org)。它們的源代碼都可以在網上找到。瀏覽器方面用得較廣的是ViewML(www.viewml.org)，它也是開放源代碼的。結合以上一些工具，再從www.armjishu.com加上對硬件驅動程序的開發，就可以形成一套嵌入式的Linux操作系統。