完全启动 Linux 所需的最少根文件系统应用程序是什么？

Question 1

这完全取决于您希望在设备上使用哪些服务。

程式

你可以让Linux直接启动到壳。它在生产中不是很有用——谁只想有一个 shell 在那里——但当你有一个交互式引导加载程序时，它作为一种干预机制很有用：传递init=/bin/sh到内核命令行。所有 Linux 系统（以及所有 unix 系统）都有一个 Bourne/POSIX 风格的 shell，采用/bin/sh.

你需要一套外壳实用程序。忙碌盒是一个很常见的选择；它包含一个 shell 和用于文件和文本操作 ( cp、grep、 ... )、网络设置 ( ping、ifconfig、 ... )、进程操作 ( ps、nice、 ... ) 和各种其他系统工具 ( fdisk、mount、syslogd、 ... ) 的常用实用程序。 BusyBox 具有极高的可配置性：您可以在编译时选择所需的工具甚至单个功能，以获得适合您的应用程序的大小/功能折衷方案。除此之外sh，没有、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 mount、、、、、、、umount、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、BusyBox 作为名为的单个二进制文件安装，每个实用程序都有一个符号链接。haltcatcpmvrmmkdirrmdirpssyncbusybox

普通 UNIX 系统上的第一个进程称为init。它的工作是启动其他服务。 BusyBox 包含一个初始化系统。除了init二进制文件（通常位于/sbin）之外，您还需要它的配置文件（通常称为/etc/inittab— 一些现代的 init 替换消除了该文件，但您不会在小型嵌入式系统上找到它们）来指示要启动哪些服务什么时候。对于BusyBox，/etc/inittab是可选的；如果缺少，您将在控制台上获得 root shell，并/etc/init.d/rcS在启动时执行脚本（默认位置）。

这就是您所需要的一切，当然，除了使您的设备执行有用操作的程序之外。例如，在我的家庭路由器上运行OpenWrt变体中，唯一的程序是 BusyBox nvram（用于读取和更改 NVRAM 中的设置）和网络实用程序。

除非所有可执行文件都是静态链接的，否则您将需要动态加载程序（ld.so，根据 libc 的选择和处理器架构，可能会用不同的名称来调用）和所有动态库( /lib/lib*.so，也许其中一些/usr/lib) 这些可执行文件需要。

目录结构

这文件系统层次结构标准描述了Linux系统的通用目录结构。它适用于桌面和服务器安装：在嵌入式系统上可以省略很多内容。这是典型的最小值。

/bin：可执行程序（有些可能在/usr/bin其中）。
/dev：设备节点（见下文）
/etc：配置文件
/lib：共享库，包括动态加载器（除非所有可执行文件都是静态链接的）
/proc: 的挂载点进程文件系统
/sbin: 可执行程序。其区别在于/bin，它/sbin适用于仅对系统管理员有用的程序，但这种区别在嵌入式设备上没有意义。您可以建立/sbin到的符号链接/bin。
/mnt：在维护期间可以方便地将只读根文件系统作为临时挂载点
/sys: 的挂载点sysfs 文件系统
/tmp：临时文件的位置（通常是tmpfs挂载）
/usr: 包含子目录bin,lib和sbin./usr存在于不在根文件系统上的额外文件。如果没有，您可以创建/usr到根目录的符号链接。

设备文件

以下是一些典型的最小条目/dev：

console
full（写入它总是报告“设备上没有剩余空间”）
log（程序用来发送日志条目的套接字），如果您有syslogd守护进程（例如 BusyBox 的）从中读取
null（就像一个始终为空的文件）
ptmx和一个pts目录，如果你想使用伪终端（即除控制台之外的任何终端）——例如，如果设备已联网并且您想通过 telnet 或 ssh 登录
random（返回随机字节，有阻塞风险）
tty（始终指定程序的终端）
urandom（返回随机字节，从不阻塞，但在新启动的设备上可能是非随机的）
zero（包含无限的空字节序列）

除此之外，您还需要硬件条目（网络接口除外，这些在中没有条目/dev）：串行端口、存储等。

对于嵌入式设备，您通常会直接在根文件系统上创建设备条目。高端系统有一个名为MAKEDEV创建/dev条目的脚本，但在嵌入式系统上，该脚本通常不捆绑到映像中。如果某些硬件可以热插拔（例如，如果设备具有 USB 主机端口），则应/dev由乌德夫（您可能在根文件系统上仍然有一个最小的设置）。

启动时操作

除了根文件系统之外，您还需要安装一些文件系统才能正常操作：

进程文件系统上/proc（几乎不可或缺）
系统文件系统上/sys（几乎不可或缺）
tmpfs文件系统打开/tmp（允许程序创建位于 RAM 中的临时文件，而不是位于闪存或只读的根文件系统上）
如果是动态的，则 tmpfs、devfs 或 devtmpfs /dev（请参阅上面“设备文件”中的 udev）
开发者如果你想使用[伪终端]，请打开/dev/pts（请参阅上面的注释pts）

你可以做一个/etc/fstab文件并调用mount -a，或mount手动运行。

开始一个系统日志守护进程（以及klogd内核日志，如果syslogd程序不处理它），如果您有任何地方可以写入日志。

此后，设备就准备好启动特定于应用程序的服务。

如何制作根文件系统

这是一个漫长而多样的故事，所以我在这里要做的只是给出一些建议。

根文件系统可以保存在 RAM 中（从 ROM 或闪存中的（通常是压缩的）映像加载），或基于磁盘的文件系统（存储在 ROM 或闪存中），或从网络加载（通常通过网络加载）。TFTP) 如果适用的话。如果根文件系统位于 RAM 中，则将其设置为初始化文件系统— RAM 文件系统，其内容在启动时创建。

有许多框架可用于组装嵌入式系统的根映像。里面有几个提示BusyBox常见问题解答。构建根是一种流行的镜像，允许您使用类似于 Linux 内核和 BusyBox 的设置构建整个根镜像。开放嵌入式是另一个这样的框架。

维基百科有一个（不完整的）流行列表嵌入式Linux发行版。您附近可能有的嵌入式 Linux 的一个例子是OpenWrt用于网络设备的操作系统系列（在修补匠的家用路由器上很流行）。如果你想通过经验学习，你可以尝试从零开始的Linux，但它面向的是业余爱好者的桌面系统，而不是面向嵌入式设备。

关于 Linux 与 Linux 内核的注释

Linux 内核中嵌入的唯一行为是在引导时启动第一个程序。（我不会进入初始化程序和初始化文件系统这里的微妙之处。）这个程序，传统上称为在里面，具有进程 ID 1 并具有某些特权（不受杀死信号）和责任（收获孤儿）。你可以运行一个带有 Linux 内核的系统，并启动任何你想要的进程作为第一个进程，但是你拥有的只是一个基于 Linux 内核的操作系统，而不是通常所说的“Linux”—— Linux，在该术语的常识中，是Unix类似操作系统，其内核是Linux内核。例如，Android是一个不是类Unix而是基于Linux内核的操作系统。

Answer

这完全取决于您希望在设备上使用哪些服务。

程式

你可以让Linux直接启动到壳。它在生产中不是很有用——谁只想有一个 shell 在那里——但当你有一个交互式引导加载程序时，它作为一种干预机制很有用：传递init=/bin/sh到内核命令行。所有 Linux 系统（以及所有 unix 系统）都有一个 Bourne/POSIX 风格的 shell，采用/bin/sh.

你需要一套外壳实用程序。忙碌盒是一个很常见的选择；它包含一个 shell 和用于文件和文本操作 ( cp、grep、 ... )、网络设置 ( ping、ifconfig、 ... )、进程操作 ( ps、nice、 ... ) 和各种其他系统工具 ( fdisk、mount、syslogd、 ... ) 的常用实用程序。 BusyBox 具有极高的可配置性：您可以在编译时选择所需的工具甚至单个功能，以获得适合您的应用程序的大小/功能折衷方案。除此之外sh，没有、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 mount、、、、、、、umount、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、BusyBox 作为名为的单个二进制文件安装，每个实用程序都有一个符号链接。haltcatcpmvrmmkdirrmdirpssyncbusybox

普通 UNIX 系统上的第一个进程称为init。它的工作是启动其他服务。 BusyBox 包含一个初始化系统。除了init二进制文件（通常位于/sbin）之外，您还需要它的配置文件（通常称为/etc/inittab— 一些现代的 init 替换消除了该文件，但您不会在小型嵌入式系统上找到它们）来指示要启动哪些服务什么时候。对于BusyBox，/etc/inittab是可选的；如果缺少，您将在控制台上获得 root shell，并/etc/init.d/rcS在启动时执行脚本（默认位置）。

这就是您所需要的一切，当然，除了使您的设备执行有用操作的程序之外。例如，在我的家庭路由器上运行OpenWrt变体中，唯一的程序是 BusyBox nvram（用于读取和更改 NVRAM 中的设置）和网络实用程序。

除非所有可执行文件都是静态链接的，否则您将需要动态加载程序（ld.so，根据 libc 的选择和处理器架构，可能会用不同的名称来调用）和所有动态库( /lib/lib*.so，也许其中一些/usr/lib) 这些可执行文件需要。

目录结构

这文件系统层次结构标准描述了Linux系统的通用目录结构。它适用于桌面和服务器安装：在嵌入式系统上可以省略很多内容。这是典型的最小值。

/bin：可执行程序（有些可能在/usr/bin其中）。
/dev：设备节点（见下文）
/etc：配置文件
/lib：共享库，包括动态加载器（除非所有可执行文件都是静态链接的）
/proc: 的挂载点进程文件系统
/sbin: 可执行程序。其区别在于/bin，它/sbin适用于仅对系统管理员有用的程序，但这种区别在嵌入式设备上没有意义。您可以建立/sbin到的符号链接/bin。
/mnt：在维护期间可以方便地将只读根文件系统作为临时挂载点
/sys: 的挂载点sysfs 文件系统
/tmp：临时文件的位置（通常是tmpfs挂载）
/usr: 包含子目录bin,lib和sbin./usr存在于不在根文件系统上的额外文件。如果没有，您可以创建/usr到根目录的符号链接。

设备文件

以下是一些典型的最小条目/dev：

console
full（写入它总是报告“设备上没有剩余空间”）
log（程序用来发送日志条目的套接字），如果您有syslogd守护进程（例如 BusyBox 的）从中读取
null（就像一个始终为空的文件）
ptmx和一个pts目录，如果你想使用伪终端（即除控制台之外的任何终端）——例如，如果设备已联网并且您想通过 telnet 或 ssh 登录
random（返回随机字节，有阻塞风险）
tty（始终指定程序的终端）
urandom（返回随机字节，从不阻塞，但在新启动的设备上可能是非随机的）
zero（包含无限的空字节序列）

除此之外，您还需要硬件条目（网络接口除外，这些在中没有条目/dev）：串行端口、存储等。

对于嵌入式设备，您通常会直接在根文件系统上创建设备条目。高端系统有一个名为MAKEDEV创建/dev条目的脚本，但在嵌入式系统上，该脚本通常不捆绑到映像中。如果某些硬件可以热插拔（例如，如果设备具有 USB 主机端口），则应/dev由乌德夫（您可能在根文件系统上仍然有一个最小的设置）。

启动时操作

除了根文件系统之外，您还需要安装一些文件系统才能正常操作：

进程文件系统上/proc（几乎不可或缺）
系统文件系统上/sys（几乎不可或缺）
tmpfs文件系统打开/tmp（允许程序创建位于 RAM 中的临时文件，而不是位于闪存或只读的根文件系统上）
如果是动态的，则 tmpfs、devfs 或 devtmpfs /dev（请参阅上面“设备文件”中的 udev）
开发者如果你想使用[伪终端]，请打开/dev/pts（请参阅上面的注释pts）

你可以做一个/etc/fstab文件并调用mount -a，或mount手动运行。

开始一个系统日志守护进程（以及klogd内核日志，如果syslogd程序不处理它），如果您有任何地方可以写入日志。

此后，设备就准备好启动特定于应用程序的服务。

如何制作根文件系统

这是一个漫长而多样的故事，所以我在这里要做的只是给出一些建议。

根文件系统可以保存在 RAM 中（从 ROM 或闪存中的（通常是压缩的）映像加载），或基于磁盘的文件系统（存储在 ROM 或闪存中），或从网络加载（通常通过网络加载）。TFTP) 如果适用的话。如果根文件系统位于 RAM 中，则将其设置为初始化文件系统— RAM 文件系统，其内容在启动时创建。

有许多框架可用于组装嵌入式系统的根映像。里面有几个提示BusyBox常见问题解答。构建根是一种流行的镜像，允许您使用类似于 Linux 内核和 BusyBox 的设置构建整个根镜像。开放嵌入式是另一个这样的框架。

维基百科有一个（不完整的）流行列表嵌入式Linux发行版。您附近可能有的嵌入式 Linux 的一个例子是OpenWrt用于网络设备的操作系统系列（在修补匠的家用路由器上很流行）。如果你想通过经验学习，你可以尝试从零开始的Linux，但它面向的是业余爱好者的桌面系统，而不是面向嵌入式设备。

关于 Linux 与 Linux 内核的注释

Linux 内核中嵌入的唯一行为是在引导时启动第一个程序。（我不会进入初始化程序和初始化文件系统这里的微妙之处。）这个程序，传统上称为在里面，具有进程 ID 1 并具有某些特权（不受杀死信号）和责任（收获孤儿）。你可以运行一个带有 Linux 内核的系统，并启动任何你想要的进程作为第一个进程，但是你拥有的只是一个基于 Linux 内核的操作系统，而不是通常所说的“Linux”—— Linux，在该术语的常识中，是Unix类似操作系统，其内核是Linux内核。例如，Android是一个不是类Unix而是基于Linux内核的操作系统。

Question 2

您所需要的只是一个静态链接的可执行文件，单独放置在文件系统上。您不需要任何其他文件。该可执行文件是 init 进程。它可以是 busybox。这为您提供了一个 shell 和许多其他实用程序，全部都在其中。您只需在 busybox 中手动执行命令即可进入功能齐全的系统，以读写方式挂载根文件系统、创建 /dev 节点、执行实际 init 等。

Answer

您所需要的只是一个静态链接的可执行文件，单独放置在文件系统上。您不需要任何其他文件。该可执行文件是 init 进程。它可以是 busybox。这为您提供了一个 shell 和许多其他实用程序，全部都在其中。您只需在 busybox 中手动执行命令即可进入功能齐全的系统，以读写方式挂载根文件系统、创建 /dev 节点、执行实际 init 等。

Question 3

如果您不需要任何 shell 实用程序，静态链接的mksh二进制文件（例如 Linux/i386 上的 klibc – 130K）就可以了。您需要一个仅在循环中调用的/linuxrcor/init或/sbin/init脚本：mksh -l -T!/dev/tty1

#!/bin/mksh
while true; do
    /bin/mksh -l -T!/dev/tty1
done

该-T!$tty选项是最近添加的，mksh它告诉它在给定的终端上生成一个新的 shell 并等待它。（在此之前，只能-T-对程序进行守护进程并-T$tty在终端上生成，但不能等待它。这不太好。）该-l选项只是告诉它运行登录 shell（读取/etc/profile、~/.profile和~/.mkshrc）。

这假设您的终端是/dev/tty1，替换。（更神奇的是，终端可以自动被发现。/dev/console不会给你完全的作业控制权。）

您需要一些文件/dev才能使其工作：

/开发/控制台
/dev/空
/dev/tty
/dev/tty1

使用内核选项devtmpfs.mount=1引导无需填充/dev，只需将其设置为空目录（适合用作挂载点）。

您通常需要一些实用程序（来自 klibc、busybox、beastiebox、toybox 或 toolbox），但实际上并不需要它们。

您可能想要添加一个~/.mkshrc文件，该文件设置 $PS1 和一些基本的 shell 别名和函数。

我曾经仅使用 mksh（及其示例 mkshrc 文件）和 klibc-utils 为 Linux/m68k 制作了 171K 压缩（371K 未压缩）initrd。（不过，这是在 -T! 添加到 shell 之前，因此它生成了登录 shell /dev/tty2，并向控制台回显一条消息，告诉用户切换终端。）它工作正常。

这是一个真的是最低限度设置。其他答案为更具特色的系统提供了极好的建议。这确实是一个特例。

免责声明：我是 mksh 开发人员。

Answer

如果您不需要任何 shell 实用程序，静态链接的mksh二进制文件（例如 Linux/i386 上的 klibc – 130K）就可以了。您需要一个仅在循环中调用的/linuxrcor/init或/sbin/init脚本：mksh -l -T!/dev/tty1

#!/bin/mksh
while true; do
    /bin/mksh -l -T!/dev/tty1
done

该-T!$tty选项是最近添加的，mksh它告诉它在给定的终端上生成一个新的 shell 并等待它。（在此之前，只能-T-对程序进行守护进程并-T$tty在终端上生成，但不能等待它。这不太好。）该-l选项只是告诉它运行登录 shell（读取/etc/profile、~/.profile和~/.mkshrc）。

这假设您的终端是/dev/tty1，替换。（更神奇的是，终端可以自动被发现。/dev/console不会给你完全的作业控制权。）

您需要一些文件/dev才能使其工作：

/开发/控制台
/dev/空
/dev/tty
/dev/tty1

使用内核选项devtmpfs.mount=1引导无需填充/dev，只需将其设置为空目录（适合用作挂载点）。

您通常需要一些实用程序（来自 klibc、busybox、beastiebox、toybox 或 toolbox），但实际上并不需要它们。

您可能想要添加一个~/.mkshrc文件，该文件设置 $PS1 和一些基本的 shell 别名和函数。

我曾经仅使用 mksh（及其示例 mkshrc 文件）和 klibc-utils 为 Linux/m68k 制作了 171K 压缩（371K 未压缩）initrd。（不过，这是在 -T! 添加到 shell 之前，因此它生成了登录 shell /dev/tty2，并向控制台回显一条消息，告诉用户切换终端。）它工作正常。

这是一个真的是最低限度设置。其他答案为更具特色的系统提供了极好的建议。这确实是一个特例。

免责声明：我是 mksh 开发人员。

Question 4

最小初始化 hello world 程序一步一步

如这个答案所示，您所需要的只是一个静态链接的 ELF 文件，甚至不需要标准库，因此是一个具有单个文件的文件系统。

编译一个没有任何依赖项的 hello world，并以无限循环结束。init.S:

.global _start
_start:
    mov $1, %rax
    mov $1, %rdi
    mov $message, %rsi
    mov $message_len, %rdx
    syscall
    jmp .
    message: .ascii "FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR\n"
    .equ message_len, . - message

我们不能使用sys_exit，否则内核会出现恐慌。

然后：

mkdir d
as --64 -o init.o init.S
ld -o init d/init.o
cd d
find . | cpio -o -H newc | gzip > ../rootfs.cpio.gz
ROOTFS_PATH="$(pwd)/../rootfs.cpio.gz"

这将创建一个带有 hello world 的文件系统/init，这是内核将运行的第一个用户态程序。我们还可以添加更多文件，并且当内核运行时d/可以从程序访问它们。/init

然后cd进入Linux内核树，像往常一样构建，并在QEMU中运行它：

git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git
cd linux
git checkout v4.9
make mrproper
make defconfig
make -j"$(nproc)"
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage -initrd "$ROOTFS_PATH"

你应该看到一行：

FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR

在模拟器屏幕上！请注意，这不是最后一行，因此您必须进一步查看。

如果静态链接 C 程序，您也可以使用它们：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR\n");
    sleep(0xFFFFFFFF);
    return 0;
}

和：

gcc -static init.c -o init

您可以在具有 USB 的真实硬件上运行，/dev/sdX并且：

make isoimage FDINITRD="$ROOTFS_PATH"
sudo dd if=arch/x86/boot/image.iso of=/dev/sdX

关于这个主题的重要资料来源：http://landley.net/writing/rootfs-howto.html它还解释了如何使用gen_initramfs_list.sh，它是 Linux 内核源代码树中的一个脚本，可帮助自动化该过程。

为您提供 shell 的最小设置

Buildroot 是我最喜欢的选项，请参阅以下讨论：最小的 Linux 实现是什么？

此时，您基本上必须处理标准库，谁会sh在没有标准库的情况下编写 shell？因此，您最好只使用一些自动化脚本来设置所有这些。

在 Ubuntu 16.10、QEMU 2.6.1 上测试。

Answer

最小初始化 hello world 程序一步一步

如这个答案所示，您所需要的只是一个静态链接的 ELF 文件，甚至不需要标准库，因此是一个具有单个文件的文件系统。

编译一个没有任何依赖项的 hello world，并以无限循环结束。init.S:

.global _start
_start:
    mov $1, %rax
    mov $1, %rdi
    mov $message, %rsi
    mov $message_len, %rdx
    syscall
    jmp .
    message: .ascii "FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR\n"
    .equ message_len, . - message

我们不能使用sys_exit，否则内核会出现恐慌。

然后：

mkdir d
as --64 -o init.o init.S
ld -o init d/init.o
cd d
find . | cpio -o -H newc | gzip > ../rootfs.cpio.gz
ROOTFS_PATH="$(pwd)/../rootfs.cpio.gz"

这将创建一个带有 hello world 的文件系统/init，这是内核将运行的第一个用户态程序。我们还可以添加更多文件，并且当内核运行时d/可以从程序访问它们。/init

然后cd进入Linux内核树，像往常一样构建，并在QEMU中运行它：

git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git
cd linux
git checkout v4.9
make mrproper
make defconfig
make -j"$(nproc)"
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage -initrd "$ROOTFS_PATH"

你应该看到一行：

FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR

在模拟器屏幕上！请注意，这不是最后一行，因此您必须进一步查看。

如果静态链接 C 程序，您也可以使用它们：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR FOOBAR\n");
    sleep(0xFFFFFFFF);
    return 0;
}

和：

gcc -static init.c -o init

您可以在具有 USB 的真实硬件上运行，/dev/sdX并且：

make isoimage FDINITRD="$ROOTFS_PATH"
sudo dd if=arch/x86/boot/image.iso of=/dev/sdX

关于这个主题的重要资料来源：http://landley.net/writing/rootfs-howto.html它还解释了如何使用gen_initramfs_list.sh，它是 Linux 内核源代码树中的一个脚本，可帮助自动化该过程。

为您提供 shell 的最小设置

Buildroot 是我最喜欢的选项，请参阅以下讨论：最小的 Linux 实现是什么？

此时，您基本上必须处理标准库，谁会sh在没有标准库的情况下编写 shell？因此，您最好只使用一些自动化脚本来设置所有这些。

在 Ubuntu 16.10、QEMU 2.6.1 上测试。

完全启动 Linux 所需的最少根文件系统应用程序是什么？

答案1

程式

目录结构

设备文件

启动时操作

如何制作根文件系统

关于 Linux 与 Linux 内核的注释

答案2

答案3

答案4

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