构建Linux根文件系统

发表于 2022-09-16 分类于学习，书籍，嵌入式Linux应用完全开发手册，第3篇第17章构建Linux根文件系统阅读次数：本文字数： 25k 阅读时长 ≈ 23 分钟

嵌入式Linux系统移植之构建Linux根文件系统

《嵌入式Linux应用完全开发手册》第3篇第17章总结归纳

本章目标

了解Linux的文件系统层次标准（FHS）
了解根文件系统下各目录的作用
掌握构建根文件系统的的方法：移植Busybox、构造各个目录、文件等
掌握制作yaffs、jffs2文件系统映像的方法

Linux文件系统概述

Linux文件系统的特点

类似于Windows下的C、D、E等各个盘，Linux系统也可以将磁盘、Flash等存储设备划分为若干个分区，在不同分区存放不同类别的文件。与Windows的C盘类似，Linux一样要在一个分区上系统启动必须的文件，比如内核映像文件（在嵌入式系统中，内核一般单独存放在一个分区中）、内核启动后运行的第一个程序（init）、给用户提供操作界面的shell程序、应用程序所依赖的库等。这些必需、基本的文件合称为根文件系统。它们存放在一个分区中。Linux系统启动后首先挂载这个分区，称为挂载根文件系统。其他分区上所有目录、文件的集合，也称为文件系统。
Linux中没有C、D、E盘符的概念，它以树状结构管理所有目录，文件。其他分区挂载在某个目录上，这个命令称为挂载点，然后就可以通过访问这个目录来访问这个分区上的文件了。比如根文件系统挂载在“/”上之后，根目录下就有根文件系统的各个目录、文件：/bin、/sbin、/mnt等；再将其他分区挂接到/mnt目录上，/mnt下目录下就有这个分区的目录、文件了。
在一个分区下存储文件时，需要遵循一定的格式，这种格式称为文件系统类型，比如fat16、fat32、ntfs、ext2、ext3、jffs2、yaffs等。除这些拥有实实在在的存储分区的文件系统类型外，Linux还有几种虚拟的文件系统类型，比如proc、sysfs等，它们的文件并不存储在实际的设备上，而是在访问它们时由内核临时生成。比如proc文件系统下的uptime文件，读取它时可以得到两个时间值（用来表示系统启动后运行的秒数、空闲的秒数），每次读取时都由内核即刻生成，每次读取结果都不一样。

Linux根文件系统目录结构

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/bin 目录

该目录下存放所有用户都可以使用的、基本的命令，这些命令在挂接其他文件系统之前就可以使用，所以/bin目录必须和根文件系统在同一个分区中。
/bin目录下常用的命令有：cat、chgrp、chmod、cp、ls、sh、kill、mount、umount、mkdir、mknod、[、test等。“[”命令就是test命令，在脚本文件中“[ expr ]”等价于“test expr”。

/sbin目录

该目录下存放系统目录，即只有管理员能够使用的命令，系统命令话可以存放在/usr/sbin、/usr/local/sbin目录下。/sbin目录中存放的是基本的系统命令，它们用于启动系统、修复系统等。与/bin目录相似，在挂载其他文件系统之前就可以使用/sbin，所以/sbin目录必须和根文件系统在同一个分区中。
/sbin下常用的命令有：shutdown、reboot、fdisk、fsck等。
不是急迫需要使用的系统命令存放在/usr/sbin目录下。本地安装的系统命令存放在/usr/local/sbin目录下。

/dev目录

该目录下存放的是设备文件。设备文件是Linux中特有的文件类型，在Linux系统下，以文件的方式访问各种外设，即通过读写某个设备文件操作某个具体硬件。比如通过“/dev/ttySAC0”文件可以操作串口0，通过“/dev/mtdblcok1”可以访问MTD设备（NAND Flash、NOR Flash等）的第2个分区。
设备文件有两种：字符设备和块设备。在PC上执行命令“ls /dev/ttySAC0 /dev/hda1 -l”可以看到如下结果：

1 2	brwxrwxr-x 1 root 49 3, 1 Oct 9 2005 /dev/hda1 crwxrwxr-x 1 root root 4, 64 Sep 24 2007 /dev/ttySAC0

其中字母“b”、“c”表示这是一个块设备文件或字符设备文件；“3，1”、“4，64”表示设备文件的主、次设备号；主设备号用来表示这是哪类设备，次设备号用来表示这是这类设备中的哪个。
设备文件可以使用mknod命令创建

1 2	mknod /dev/ttySAC0 c 4 64 mknod /dev/hda1 b 3 1

/dev 的创建有3种方法。

手动创建
在制作根文件系统的时候，就在/dev目录下创建好要使用的设备文件，比如ttySAC0等。系统挂接根文件系统后就可以使用/dev下的设备文件了。
使用devfs文件系统（这种方法已经过时）
以前的内核中有一个配置选项CONFIG_DEVFS_FS，它用来将虚拟文件系统devfs挂接在/dev目录上，各个驱动程序注册时会在/dev下目录下自动生成各种设备文件。就免去了手动创建设备文件的麻烦，在制作根文件系统时，/dev目录可以为空。
使用devfs比手动创建设备节点更便利，但是它仍有一些无法克服的缺点
①不确定的设备映射
比如USB接口连接两台打印机A、B。都开机的情况下以/dev/usb/lp0访问A，以/dev/usb/lp1访问B。但是假如A没有上电，则系统启动时会根据扫描到的设备的顺序，以/dev/usb/lp0访问B。
②没有足够的主/次设备号
主次设备号是两个8位的数字，它们不足以与日益增加的外设一一对应。
③命名不够灵活
由于devfs由内核创建设备节点，当想重新修改某个设备的名字时需要修改编译内核。
④devfs消耗大量内存
由于上述缺点，Linux在2.3.46引入devfs之后，又在Linux2.6.13后面版本移除了devfs，而使用udev机制代替。
udev
udev是个用户程序（userspace device），它能够根据系统中硬件设备的状态动态的更新设备文件，包括设备文件的创建和删除等。
使用udev机制也不需要在/dev目录下创建设备节点，他需要一些用户程序的支持，并且内核要支持sysfs文件系统。它的操作相对复杂，但是灵活性很高。

/etc 目录

如下表所示，该目录下存放各种配置文件。对于PC上的Linux系统，/etc目录下目录、文件非常多。这些目录、文件都是可选的，它们依赖于系统中所拥有的应用程序，依赖于这些程序是否需要配置文件。在嵌入式系统中，这些内容可以大为精减。

目录	描述
opt	用来配置/opt下的程序（可选）
X11	用来配置X Window （可选）
sgml	用来配置SGML （可选）
xml	用来配置XML （可选）

文件	描述
export	用来配置NFS文件系统（可选）
`fstab`	用来指明当执行“mount -a”时，需要挂接的文件系统（可选）
mtab	用来显示已经加载的文件系统，通常是/proc/mounts的链接文件（可选）
ftpusers	启动FTP服务时，用来配置用户的访问权限（可选）
group	用户的组文件（可选）
inittab	init进程的配置文件（可选）
ld.so.conf	其他共享库的路径（可选）
passwd	密码文件（可选）

/lib 目录

该目录下存放共享库和可加载模块（驱动程序），共享库用于启动系统、运行根文件系统中的可执行程序，比如/bin、/sbin目录下的程序。其他不是根文件系统所必须的库文件可以放在其他目录，比如/usr/bin、/usr/X11R6/lib、、var/lib等。

目录/文件	描述
libc.so.*	动态连接C库（可选）
ld*	连接器、加载器（可选）
modules	内核可加载模块存放的目录（可选）

/home 目录

用户目录，它是可选的。对于每个普通用户，在/home目录下都有一个以用户命名的子目录，里面存放用户相关的配置文件。

/root 目录

根用户（用户名为root）的目录，与此对应，普通用户的目录是/home下的某个子目录。

/usr 目录

/usr 目录的内容可以存放在另一个分区中，在系统启动后再挂接到根文件系统的/usr目录下。里面存放的是共享、只读的程序和数据，这表明/usr目录下的内容可以在多个主机间共享，这些主机也符合FHS标准，/usr中的文件应该也是只读的，其他相关、可变的文件也应该保存在其他目录下，比如/var。

目录	描述
bin	很多用户命令存放在这个目录下
include	C程序的头文件，这在PC下进行开发时才用到，在嵌入式系统中不需要
lib	库文件
local	本地目录
sbin	非必需的系统命令（必需的系统命令放在/sbin目录下）
share	架构无关的数据
X11R6	XWindows系统
games	游戏
src	源代码

/var 目录

与/usr目录相反，/var目录下存放可变的数据，比如/spool目录，log文件、临时文件。

/proc

这是一个空目录，常作为proc文件系统的挂接点。proc文件系统是个虚拟的文件系统，它没有实际的存储设备，里面的目录、文件都是由内核临时生成的，用来表示系统的运行状态，也可以操作里面的文件控制系统。
系统启动后，使用以下命令挂接proc文件系统（常在/etc/fstab进行设置以自动挂接）

1	# mount -t proc none /proc

/mnt 目录

用于临时挂接某个文件系统的挂接点，通常是空目录；也可以在里面创建一些空的子目录，比如/mnt/cdram、/mnt/hda1等，用来临时挂接光盘、硬盘。

/tmp 目录

用于存放临时文件，通常是空目录。一些需要临时生成文件的程序要用到/tmp目录，所以/tmp目录必须存在并可以访问。
为减少对Flash的操作，当在/tmp目录上挂接内存文件系统时，如下所示：

1	# mount -t tmpfs none /tmp

Linux 文件属性介绍

文件类型	描述
普通文件	最常见的文件类型
目录文件	目录也是文件
字符设备文件	用来访问字符设备
块设备文件	用来访问块设备
FIFO	用于进程间通信，也称为命名管道
套接字	用于进程间的网络通信
连接文件	指向另一个文件，有软连接、硬连接

使用“ls -lih”命令可以看到各个文件的具体信息，下面选取这几种文件，列出它们的信息。
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除设备文件ttySAC0、mtdblock0外，这些信息都分为8个字段，比如：

1 2	228883 -rw-r--r-- 2 root root 6 Sep 27 22:10 readme.txt 字段1 2 3 4 5 6 7 8

字段1：文件的索引节点inode
索引节点存放一个文件的上述信息，比如文件大小、属主、归属的用户组、读写权限等，并指明文件的实际数据存放的位置。
字段2：文件种类和权限
这字段共分10位，格式如下：
文件类型有7种，“-”表示普通文件，“d”表示目录，“c”表示字符设备，“b”表示块设备，“p”表示FIFO，“l”表示软连接，“s”表示套接字。
没有专门的符号来表示“硬连接”类型，硬连接也是普通文件，只不过文件的实际内容只有一个副本，连接文件、被连接文件都指向它。比如上面的ln_hard文件时是使用命令“ln readme.txt ln_hard”创建出来的到readme.txt文件的硬连接，readme.txt和ln_hard的地位完全一致，它们都指向文件系统中的同一位置，它们的“硬连接个数”都是2，表示这个文件的实际内容被引用两次，可以看到这两个文件的inode都是228883。
硬连接文件的引入的另一个作用是使得可以用别名来引用一个文件，避免文件被误删—只有当硬链接个数为1时，对一个文件执行删除操作时才会真正删除文件的副本。它的缺点是不能创建到目录的连接，被连接的文件和连接文件都必须在同一个文件系统中。对此，引入软连接，也称符号连接，软连接只是简单的指向一个文件（可以是目录），并不增加它的硬连接个数。比如上面的ln_soft文件就是使用命令“ln -s readme.txt ln_hard”创建出来的到readme.txt文件的软连接，它使用另一个inode。
剩下的9位分为3组，分别表示文件拥有者、同一个群组的用户、其他用户对这个文件的访问权限。每组权限由rwx三位组成，表示可读、可写、可执行。如果某一位被设为“-”，则表示没有相应的权限，比如“rw-”表示只有读写权限，没有可执行权限。
字段3：硬链接个数
字段4：文件拥有者
字段5：所属群组
字段6：文件或目录大小
字段7：最后访问或修改时间
字段8：文件名

对于设备文件，字段6表示主设备号，字段7表示次设备号。

移植 Busybox

所谓制作根文件系统，就是创建各种目录，并且在里面创建各种文件，比如在/bin、/sbin目录下存放各种可执行程序，在/etc目录下存放配置文件，在/lib目录下存放库文件。这节讲述如何使用Busybox来创建/bin、/sbin等目录下的可执行文件。

Busybox 概述

Busybox是一个遵循GPL v2协议的开源项目。Busybox将众多的UNIX命令集合进一个很小的可执行程序中，可以用来替换GNU fileutils、shellutils等工具集。Busybox中各种命令与相应的GNU工具相比，所能提供的选项较少，但是能够满足一般应用。Busybox为各种小型的或者嵌入式系统提供了一个比较完全的工具集。
Busybox在编写过程中对文件大小进行优化，并考虑了系统有限的资源的情况。与一般的GNU工具集动辄几MB的体积相比，动态连接的Busybox只有几百KB，即使静态链接也只有几MB左右。Busybox按模块进行设计，可以很容易的加入、去除某些命令，或增减命令的某些选项。
在创建一个最小的根文件系统时，使用Busybox的话，只需要在/dev目录下创建必要的设备节点、在/etc目录下创建一些配置文件就可以了，如果Busybox使用动态连接，还要在/lib目录下包含库文件。
Busybox支持uClibc库和glibc库，对Linux 2.2.x之后的内核支持良好。
Busybox的官方网站时 http://www.busybox.net/，源码可以从http://www.busybox.net/downloads下载。

init进程介绍及用户程序启动过程

init进程是由内核启动的第一个用户进程，进程ID为1，它根据配置文件决定启动哪些程序，比如执行脚本、启动shell、运行用户指定的程序等。init进程是后续所有进程的发起者，比如init进程启动/bin/sh之后，才能够在控制台输入各种命令。
init进程的执行程序通常是/sbin/init，上面讲述的init进程的作用只不过是/sbin/init这个程序的功能。我们完全可以编写自己的/sbin/init程序，或者传入命令行参数“init=xxxxx”指定某个程序作为init进程运行。
一般而言，在Linux系统中有两种init程序：BSD init和System V init。BSD和System V 是两种版本的UNIX系统。这两种init程序各有优缺点，现在大多数Linux的发行版本使用System V init。但是在嵌入式领域，通常使用Busybox集成init程序。

内核如何启动init进程

内核启动的最后一步就是启动init进程，代码在init/main.c文件中，如下所示：

static int noinline init_post(void)
{
...
	if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)
		printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");

	(void) sys_dup(0);
	(void) sys_dup(0);

	if (ramdisk_execute_command) {
		run_init_process(ramdisk_execute_command);
		printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",
				ramdisk_execute_command);
	}
...
	if (execute_command) {
		run_init_process(execute_command);
		printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s.  Attempting "
					"defaults...\n", execute_command);
	}
	run_init_process("/sbin/init");
	run_init_process("/etc/init");
	run_init_process("/bin/init");
	run_init_process("/bin/sh");

	panic("No init found.  Try passing init= option to kernel.");
}

代码不复杂，其中的run_init_process函数使用它的参数所指定的程序来创建一个用户进程。需要注意，一旦run_init_process函数创建进程成功，它将不会返回。
内核启动init进程的过程如下：

打开标准输入、标准输出、标准错误设备。
Linux最先打开的3个文件分别称为标准输入（stdin）、标准输出（stdout）、标准错误（stderr），它们对应的文件描述符分别为0、1、2。所谓标准输入就是在使用scanf()、fscan()获取数据时，从哪个文件（设备）读取数据；标准输出、标准错误都是输出设备，前者对应printf()、fprintf(stdout)，后者对应发fprintf(stderr)。
第[4]行尝试打开/dev/console设备文件，如果成功，它就是init进程标准输入设备。
第[7]、[8]行将文件描述符0复制给文件描述符1、2，所以标准输入、标准输出、标准错误都对应同一个文件（设备）。
在移植Linux内核时，如果发现打印出“Warning：unable to open an initial console.”，其原因大多是：根文件系统虽然被正确挂接了，但是里面的内容不正确，要么就是没有/dev/console这个文件，要么它没有对应的设备。
如果ramdisk_execute_command变量指定了要运行的程序，启动它。
ramdisk_execute_command的取值（代码也在init/main.c中）分3种情况。
①如果命令行参数指定了“rdinit=…”，则ramdisk_execute_command等于这个参数指定的程序。
②否则，如果/init程序存在，ramdisk_execute_command就等于“/init”。
③否则，ramdisk_execute_command为空。
本书所用的命令行没有设定“rdinit=…”，根文件系统中也没有/init程序，所以ramdisk_execute_command为空,所以第[11]-[13]行代码不执行。
如果execute_command变量指定了要运行的程序，启动它。
如果命令行参数中指定了“init=…”，则execute_command等于这个参数指定的程序，否则为空。
本书所用的命令行没有设定“init=…”，所以第[17]-[19]行代码不执行。

依次尝试执行/sbin/init、/etc/init、/bin/init、/bin/sh。
第[21]行执行/sbin/init程序，这个程序在我们的根文件系统中是存在的，所以init进程所用的程序就是/sbin/init。从此系统的控制器交给/sbin/init，不再返回init_post函数中。
run_init_process函数也在init/main.c中，代码如下：

static char * argv_init[MAX_INIT_ARGS+2] = { "init", NULL, };
char * envp_init[MAX_INIT_ENVS+2] = { "HOME=/", "TERM=linux", NULL, };
...
static void run_init_process(char *init_filename)
{
	argv_init[0] = init_filename;
	kernel_execve(init_filename, argv_init, envp_init);
}

所以执行/sbin/init程序时，它的环境参数为“HOME=/”，“TERM=linux”。

Busybox init 进程的启动过程

Busybox init 程序对应的代码在init/init.c文件中，下面以busybox-1.7.0为例进行讲解。
先概述其流程，再结合一个/etc/inittab文件讲述init进程的启动过程。

Busybox init程序流程
流程图如下所示，其中与构建根文件系统关系密切的是控制台的初始化、对inittab文件的解释和执行。
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内核启动init进程时已经打开“dev/console”设备作为控制台，一般情况下Busybox init 程序就使用/dev/console。但是如果内核启动init进程的同时设置了环境变量CONSOLE或console，则使用环境变量所指的的设备。在Busybox init 程序中，还会检查这个设备是否可以打开，如果不能打开则使用“/dev/null”。
Busybox init 只是作为其他进程的发起者和控制者，并不需要控制台与用户交互，所以init进程会把它关掉，系统启动后运行命令“ls /proc/1/fd”可以看到该目录为空。init进程创建其他子进程时，如果没有在/etc/inittab中指明它的控制台，则使用前面确定的控制台。
/etc/inittab文件的相关文档和示例代码都在Busybox的example/inittab文件中。
如果存在/etc/inittab文件，Busybox init程序解析它，然后按照它的指示创建各种子进程；否则使用默认的配置创建子进程。
/etc/inittab文件中每个条目用来定义一个子进程，并确定它的启动方法，格式如下：

1	<id>:<runlevels>:<action>:<process>

例如：

1	ttySAC0::askfirst:-/bin/sh

对于Busybox init 程序，上述字段作用如下。
①：表示这个子进程要使用的控制台（即标准输入、标准输出、标准错误设备）。如果省略，则使用与init进程一样的控制台。
②：对于Busybox init 程序，这个字段没有意义。
③：表示init进程如何控制这个子进程，有如下8种取值。
④：要执行的程序，它可以是可执行程序，也可以是脚本。
如果字段前面有“-”字符，这个程序被称为“交互的”。

action名称	执行条件	说明
sysinit	系统启动后最先执行	只执行一次，init进程等待它结束才继续执行其他动作
wait	系统执行完sysinit进程后	只执行一次，init进程等待它结束才继续执行其他动作
once	系统执行完wait进程后	只执行一次，init进程不等待它结束
respawn	启动完once进程后	init进程检测发现子进程退出时，重新启动它
askfirst	启动完respawn进程后	与respawn类似，不过init进程先输出“Please press Enter to activate this console.”，等用户输入回车键之后才启动子进程
shutdown	当系统关机时	即重启、关闭系统命令时
restart	Busybox中配置了CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB，并且init进程接收到SIGHUP信号时	先重新读取、解析/etc/inittab文件，再执行restart程序
ctrlaltdel	按下Ctrl + Alt + Del组合键时	—

在/etc/inittab文件的控制下，init进程的行为总结如下。
①在系统启动前期，init进程首先启动为sysinit、wait、once的3类子进程。
②在系统正常运行期间，init进程首先启动为respawn、askfirst的两类子进程，并监视他们，发现某个子进程退出时重新启动它们。
③在系统退出时，执行为shutdown、restart、ctrlaltdel的3类子进程
如果根文件系统中没有/etc/inittab文件，Busybox init程序将使用如下默认的inittab条目。

::sysinit:/etc/init.d/rcS
::askfirst:/bin/sh
ttys2::askfirst:/bin/sh
ttys3::askfirst:/bin/sh
ttys4::askfirst:/bin/sh
::ctrlaltdel:/sbin/swapoff -a
::shutdown:/bin/umount -a -r
::restart:/sbin/init

/etc/inittab 实例
仿照Busybox的example的examples/inittab文件，创建一个inittab文件，内容如下：

# /etc/inittab
# 这是init进程启动的第一个子进程，它是一个脚本，可以在里面指定用户想执行的操作
# 比如挂接其他文件系统、配置网络等
::sysinit:/etc/init.d/rcS

# 启动shell，以/dev/ttySAC0作为控制台
ttySAC0:askfirst:-/bin/sh

# 按下Ctrl + Alt + Del之后执行的程序
::ctrlaltdel:/sbin/reboot

# 重启、关机前执行的程序
::shutdown:/bin/umount -a -r

编译/安装 Busybox

从http://www.busybox.net/downloads下载busybox-1.7.0.tar.bz2。
使用如下命令解压得到busubux-1.7.0目录。

1	tar xjf busybox-1.7.0.tar.bz2

Busybox 集合了几百个命令，在一般系统中并不需要全部使用。可以通过配置Busybox来选择这些命令、定制某些命令的功能（选项）、指定Busybox的连接方法、指定Busybox的安装路径。

配置 Busybox

在 busybox-1.7.0 目录下执行“make menuconfig”命令即可进入配置界面。Busybox将所有配置项分类存放，如下表所示：

配置项类型	说明
Busybox Settings —> General Configuration	一些通用的设置，一般不需要理会
Busybox Settings —> Build Options	连接方式、编译选项等
Busybox Settings —> Debugging Options	调试选项，使用Busybox时将打印一些调试信息，一般不选
Busybox Settings —> Installation Options	Busybox的安装路径，不需要设置，可以在命令行中指定
Busybox Settings —> Busybox Library Tuning	Busybox的性能微调，比如设置在控制台上可以输入的最大字符个数，一般使用默认值
Archival Utilities	各种压缩、解压缩工具，根据需要选择相关命令
Coreutils	核心的命令，比如ls、cp等
Console Utilities	控制台相关的命令，比如清屏命令clear等。
Debian Utilities	Debian（Linux的一种发行版本）命令
Editors	编辑命令，一般都选中Vi
Finding Utilities	查找命令
Init Utilities	init程序的配置选项，比如是否读取inittab文件
Login/Password Management Utilities	登录、用户账号/密码等方面的命令
Linux Ext2 FS Progs	Ext2文件系统的一些工具
Linux Module Utilities	加载/卸载模块的命令
Linux System Utilities	一些系统命令，比如打印内核信息的dmesg、分区命令fdisk
Miscellaneous Utilities	一些不好分类的命令
Networking Utilities	网络方面的命令，可以选择一些方便调试的命令，比如telnetd、ping、tftp等
Process Utilities	进程相关的命令，如ps、free、kill、top等
Shells	有多种shell，比如msh、ash等，一般选择ash
System Logging Utilities	系统记录方面的命令
ipsvd Utilities	监听TCP、DPB端口

Busybox的性能微调
设置“TAB”键补全，如下配置：

1
2
3

Busybox Settings --->
    Busybox Library Tuning --->
        [*] Tab completion

连接/编译选项
以下选项指定是否使用静态连接：
1
2
Build Options --->
[] Build Busybox as a static binary (no shared libs)
使用glibc时，如果静态编译Busybox 会提示以下警告信息，表示会出现一些奇怪的问题。
1
# warning Static linking against glibc produces buggy executable
所以，本书使用动态连接的Busybox，在构造根文件系统时需要在/lib目录下放置glibc库文件。

Archival Utilities 选项
选择tar命令：

Archival Utilities --->
    [*] tar
    [*] Enable archive creation
    [*] Enable -j option to handle .tar.bz2 files
    [*] Enable -X and -T options
    [*] Enable -z option
    [*] Enable -Z option
    [*] Enable support for old tar  header format
    [*] Enable support for some GNU tar extensions
    [*] Enable long options

Linux Module Utilities 选项
要使用可加载模块，下面的配置选上。

Linux Module Utilities --->
    [*] insmode
    [*] Module version checking
    [*] Add module symbols to kernel symbol table
    [*] In kernel memory optimization (uClinux only)
    [*] Enable load map (-m) option
    [*] Symbols in load map
    [*] rmmod
    [*] lsmod
    [*] Support version 2.6.x Linux kernels

Linux System Utilities 选项
支持mdev，这可以很方便的构造/dev目录，并且可以支持热插拔设备。另外，为方便调试，选中mount、unmount 命令，并让mount命令支持NFS。

Linux System Utilities --->
    [*] mdev
    [*] Support /etc/mdev.conf
    [*] Support command execution at device addtion/removal
    [*] mount
    [*] Suuport mounting NFS file system
    [*] unmount
    [*] unmount -a option

Networking Utilities 选项

Linux System Utilities --->
    [*] ifconfig
    [*] Enable status reporting output (+7k)
    [] Enable slip-specific options "keepalive" and "outfill"
    [] Enable options "mem_start","io_addr" and "irq"
    [*] Enable option "hw" (ether only)
    [*] Enable set the broadcast automatically

编译和安装 Busybox

编译之前，先修改Busybox根目录的Makefile，使用交叉编译器。

修改前：
ARCH ?= $(SUBARCH)
CROSS_COMPILE ?= 
修改后：
ARCH ?= arm
CROSS_COMPILE ?= arm-linux-

然后执行“make”命令编译Busybox。
最后是安装，执行“make CONFIG_PREFIX=dir_path install”就可以将Busybox安装在dir_name指定的目录下。执行以下命令在/work/nfs_root/fs_mini目录下安装Busybox。

1	$ make CONFIG_PREFIX=/work/nfs_root/fs_mini install

一切完成后，将在/work/nfs_root/fs_mini目录下生成如下文件、目录。

drwxr-xr-x  2   book    book    4096    2008-01-22  06:56   bin 
lrwxrwxrwx  1   book    book    11      2008-01-22  06:56   linuxrc ->  bin/busybox
drwxr-xr-x  2   book    book    4096    2008-01-22  06:56   sbin 
drwxr-xr-x  4   book    book    4096    2008-01-22  06:56   usr

其中linuxrc和上面分析的/sbin/init程序功能完全一样；其他目录下是各种命令，不过它们都是到/bin/busybox的符号链接，比如/work/nfs_root/fs_mini/sbin目录下：

lrwxrwxrwx  1   book    book    14        2008-01-22  06:56   halt ->  ../bin/busybox
lrwxrwxrwx  1   book    book    14        2008-01-22  06:56   ifconfig ->  ../bin/busybox
lrwxrwxrwx  1   book    book    14        2008-01-22  06:56   init ->  ../bin/busybox
lrwxrwxrwx  1   book    book    14        2008-01-22  06:56   insmod ->  ../bin/busybox
lrwxrwxrwx  1   book    book    14        2008-01-22  06:56   klogd ->  ../bin/busybox

除bin/busybox外，其他文件都是到bin/busybox的符号链接。busybox是所有命令的集合体，这些符号链接文件可以直接运行。在开发板上，运行“ls”和“busybox ls”是一样的。

使用 glibc 库

在制作交叉编译工具链时，已经生成了glibc库，可以直接使用它来构建根文件系统。

glibc 库的组成

glibc库的位置是/work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib。
这个目录下的文件并非属于glibc库，比如crtl.o、libstdc++.a等文件是GCC工具本身生成的。本书不区分它们的来源，统一处理。
里面的目录、文件可以分为8类。
①加载器ld-2.3.6.so、ld-linux.so.2。
动态程序启动前，它们被用来加载动态库。
②目标文件(.o)
比如crtl.o、crti.o、crtn.o、gcrtl.o、Mcrtl.o、Scrtl.o等。在生成应用程序时，这些文件像一般的目标一样被连接。
③静态库文件(.a)
比如静态数学库libm.a、静态c++库libstdc++.a等，编译静态程序时会连接它们。
④动态库文件(.so，.so.[0-9]*)
比如动态数学库libm.so、动态c++库libstdc++.so等，它们可能是一个链接文件。编译动态库时会用到这些文件，但是不会连接它们，运行时才连接。
⑤libtool库文件(.a)
在连接库文件时，这些文件会被用到，比如它们列出了当前库文件所依赖的其他库文件。程序运行时无需这些文件。
⑥gconv目录
里面是有头字符集的动态库，比如ISO8859-l.o、GB18030.so等。
⑦ldscripts目录
里面是各种连接脚本，在编译应用程序时，它们被用于指定程序的运行地址、各段的位置等。
⑧其他目录及文件

安装glibc 库

在开发板上只需要加载器和动态库，假设要构建的根文件系统目录为/work/nfs_root/fs_mini，操作如下：

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mkdir -p /work/nfs_root/fs_mini/lib
cd /work/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm-linux/lib
cp *.so* /work/nfs_root/fs_mini/lib -d

上面复制的库文件不是每个都会用到，可以根据应用程序对库的依赖关系保留需要用到的。通过ldd命令查看一个程序会用到哪些库，主机自带的ldd命令不能查看交叉编译出来的文件。有以下两种替代方法。
①如果有uClibc-0.9.28的代码，可以进入utils子目录生成ldd.host工具。

1 2	cd uClibc-0.9.28/utils make ldd.host

然后将生成的ldd.host放到主机/usr/local/bin目录下即可使用。
比如对于动态连接的Busybox，它的库的依赖关系如下：

ldd.host busybox
    libcrypto.so.1  =>  /lib/libcrypto.so.1 (0x00000000)
    libm.so.6   =>  /lib/libm.so.6  (0x00000000)
    libc.so.6   =>  /lib/libc.so.6  (0x00000000)
    /lib/ld-linux.so.2  =>  /lib/ld-linux.so.2  (0x00000000)

这表示Busybox要使用的要使用的库文件有libcrypto.so.1、libm.so.6、libc.so.6，加载器为/lib/ld-linux.so.2。上面的“not found”表示主机上没有这个条件，这么关系，开发板的根文件系统上有就行。
②可以使用以下命令：

1	arm-linux-readelf -a "your binary" \| grep "Shared"

比如对于动态连接的Busybox，它的库依赖如下：

arm-linux-readelf -a ./busybox | grep "Shared"
0x00000001 (NEEDED)                 Shared library:[libcrypto.so.1]
0x00000001 (NEEDED)                 Shared library:[libm.so.6]
0x00000001 (NEEDED)                 Shared library:[libc.so.6]

构建根文件系统

前面在介绍了如何安装Busybox、C库，建立了bin/、sbin/、usr/bin、usr/sbin、lib/等目录，最小根文件系统的大部分目录、文件已经建立好。

构建etc目录

init进程根据/etc/inittab来创建其他子进程，比如调用脚本配置文件配置IP地址、挂接其他文件分系统，最后启动shell等。
etc目录下的内容取决于要运行的程序，本节只需要3个文件：etc/inittab、etc/init.d/rcS、etc/fstab。

创建etc/inittab文件

仿照Busybox的examples/inittab文件，在/work/nfs_root/fs_mini/etc目录下创建一个inittab文件，内容如下。

# /etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS
ttySAC0::askfirst:-/bin/sh
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/unmount -a -r

创建etc/init.d/rcS文件

这是一个脚本文件，可以在里面添加想自动执行的命令。以下命令配置IP地址、挂接/etc/fstab指定的文件系统。

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#!/bin/sh
ifconfig eth0 192.168.1.17
mount -a

第一行表示这是一个脚本文件，运行时使用/bin/sh解析。
第一行用来配置IP地址。
第三行挂接/etc/fstab文件指定的所有文件系统。
最后还要改变它的属性，使它能够执行。

1	chmod +x etc/init.d/rcS

创建etc/fstab文件

内容如下，表示执行“mount -a”命令后将挂接proc、tmpfs文件系统。

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# device        mount-point        type        options      dump        fsck        order
  proc          /proc               proc        defaults    0           0
  tmpfs         /tmp                tmpfs       defaults    0           0

/etc/fstab文件被用来定义文件系统的“静态信息”，这些信息被用来控制mount命令的行为。文件中各字段的意义如下。
①device：要挂接的设备
比如/dev/hda2、/dev/mtdblock1等设备文件；也可以是其他格式，比如对于proc文件系统这个字段没有意义，可以是任意值；对于NFS文件系统，这个字段为<host>:<dir>。
②mount-point：挂接点
③type：文件系统类型
比如proc、jffs2、yaffs、ext2、nfs等；也可以是auto，表示自动检测文件系统类型。
④options：挂接参数，以逗号隔开。
/etc/fstab的作用不仅仅是用来控制“mount -a”的行为，即使是一般的mount命令也受它控制，这可以从下表的参数看出。除与文件系统类型相关的参数外，常用的有以下几种取值。

参数名	说明	默认值
auto noauto	决定执行“mount -a”时是否自动挂接 auto：挂接 noauto：不挂接	auto
user nouser	user：运行普通用户挂接设备 nouser：只允许root用户挂接设备	nouser
exec noexec	exec：允许所挂接设备上的文件 noexec：不允许允许所挂接设备上的程序	exec
Ro	以只读方式挂接文件系统	-
Rw	以读写方式挂接文件系统	-
sync async	sync：修改文件时，它会同步写入设备中 async：不会同步写入	sync
default	rw、suid、dev、exec、auto、nouser、async等的组合	-

⑤dump和fsck order：用来决定控制dump、fsck程序的行为。
dump是一个用来备份文件的程序，fsck是一个用来检查磁盘的程序。
dump程序程序根据dump字段的值来决定这个文件系统是否需要备份，如果没有这个字段，或者其值为0，则dump忽略这个文件系统。
fsck程序根据fsck order字段来决定磁盘的检查顺序，一般来说对于根据根文件系统这个字段设为1，其他文件系统设为2。如果设为0，则fsck忽略这个文件系统。

构建dev目录

使用两种方式创建dev目录。

静态创建设备文件

为简单起见，本书先使用最原始的方法处理设备：在/dev目录下静态创建各种节点。
从系统启动过程可知，涉及的设备有：/dev/mtdblock、/dev/ttySAC、/dev/console、dev/null，只要建立以下设备就可以启动系统。

mkdir -p /work/nfs_root/fs_mini/dev
cd /work/nfs_root/fs_mini/dev
sudo mknod console c 5 1
sudo mknod null c 1 3
sudo mknod ttySAC0 c 204 64
sudo mknod mtdblock0 b 31 0
sudo mknod mtdblock1 b 31 1
sudo mknod mtdblock2 b 31 2

其他设备文件可以当系统启动后，使用“cat /proc/devices”命令查看内核中注册了哪些设备，然后一一创建相应的设备文件。

使用mdev创建设备文件

mdev是udev的简化版本，也是通过读取内核信息来创建设备文件。
mdev的用途主要有两个：初始化/dev目录、动态更新。动态更新不仅是更新/dev目录，还支持热插拔。
要使用mdev，需要内核支持sysfs文件系统，为了减少对Flash的读写，还要支持tmpfs文件系统。先确保内核已经设置了CONFIG_SYSFS、CONFIG_TMPFS配置项。
使用mdev的命令如下，请参考它们的注释以了解其作用：

mount -t tmpfs mdev /dev                    //使用内存文件系统，减少对Flash的读写
mkdir /dev/pts                              //devpts用来支持外部网络连接的虚拟终端
mount -t devpts devpts /dev/pts     
mount -t sysfs sysfs /sys                   //mdev通过sysfs文件系统获得设备信息
echo /bin/mdev>/proc/sys/kernel/hotplug     //设置内核，当有设备拔插时调用/bin/mdev程序
mdev -s                                     //在/dev目录下生成内核支持的所有设备节点

要在内核启动时，自动运行mdev。这要修改/work/nfs_root/fs_mini中的两个文件：修改etc/fstab来自动挂载文件系统、修改etc/init.d/rcS加入要自动运行的命令。修改后如下所示：
①etc/fstab

# device        mount-point        type        options      dump        fsck        order
  proc          /proc               proc        defaults    0           0
  tmpfs         /tmp                tmpfs       defaults    0           0
  sysfs         /sys                sysfs       defaults    0           0
  tmpfs         /dev                tmpfs       defaults    0           0

②etc/init.d/rcS：加入下面几行

mount -a
mkdir /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s

需要注意的是，开发板上通过mdev生成的/dev目录中，S3C2410、S3C2440的串口名是s3c2410_serial0、s3c2410_serial1、s3c2410_serial2，不是ttySAC0、ttySAC1、ttySAC2。需要修改etc/inittab文件。

修改前：
ttySAC0: askfirst:-/bin/sh
修改后：
s3c2410_serial0::askfirst:-/bin/sh

另外，mdev是通过init进程来启动的，在使用mdev构造/dev目录之前，init进程至少要用到设备文件/dev/console、/dev/nul，所以要建立这两个设备文件。

mkdir -p /work/nfs_root/fs_mini/dev
cd /work/nfd_root/fs_mini/dev
sudo mknod console c 5 1 
sudo mknod null c 1 3

构建其他目录

其他目录可以是空目录，比如proc、mnt、tmp、sys、root等。

1 2	cd /work/nfs_root/fs_mini mkdir proc mnt tmp sys root

现在，/work/nfs_root/fs_mini目录下就是一个非常小的文件系统。开发板可以将它作为网络根文件系统直接启动。如果要烧入开发板，还要将它制作为一个文件，称为映像文件。

制作/使用yaffs文件系统映像文件

按照前面的方法，在/work/nfs_root目录下构造了两个根文件系统：fs_mini、fs_mini_mdev。前者使用/dev目录中事先建立好的设备文件，后者使用mdev机制来生成dev目录，它们的差别只在于3点：etc/inittab文件、etc/init.d/rcS文件、dev/目录。下面以/work/nfs_root/fs_mini为例制作根文件系统映像。
所谓制作文件系统映像，就是将一个目录下的所有内容按照一定的格式存放到一个文件中，这个文件可以直接烧写到存储设备中去。当系统启动后挂接这个设备，就可以看到与原来目录一样的内容。
制作不同类型的文件系统映像需要使用不同的工具。

修改制作yaffs映像文件的工具

在yaffs源码包有一个utils目录，里面是工具mkyaffsimage和mkyaffs2image的源代码。前者用来制作yaffs1映像文件，后者用来制作yaffs2映像文件。
目前mkyaffsimage工具只能生成老格式的yaffs1映像文件，需要修改才能支持新格式。
yaffs1新、老格式的不同在于oob区的使用发生了变化：一是ECC检验码的位置发生了变化，二是可用空间即标记（tag）的数据结构定义发生了变化。
另外，由于配置内核时没有设置CONFIG_YAFFS_DOES_ECC，yaffs文件系统将使用MTD设备层的ECC校验方法，制作映像文件时也使用与MTD设备层相同的函数计算ECC码。
①oob区中校验码的位置变化：
oob区中使用6个字节来存放ECC校验码，前3个字节对应上半页，后3个字节对应下半页。
由nand_oob_16结构可知，以前的校验码在oob区中存放的位置为8、9、10、13、14和15，现在改为0、1、2、3、6、7。
②oob区中可用空间的数据结构定义变化。
oob区中可用的空间有8个字节，它用来存放文件系统的数据，代码中这些数据被称为标记（tag）。
老格式的yaffs1中，这8个字节的数据结构定义如下：

//老格式
typedef struct {
    unsigned chunkId:20;
    unsigned serialNumber:2;
    unsigned byteCount:10;
    unsigned objectId:18;
    unsigned ecc:12;
    unsigned unusedStuff:2;
}yaffs_Tags;

//新格式
typedef struct {
    unsigned chunkId:20;
    unsigned serialNumber:2;
    unsigned byteCount:10;
    unsigned objectId:18;
    unsigned ecc:12;
    unsigned deleted:1;
    unsigned unusedStuff:1;
    unsigned shouldBeff;
}yaffs_PackedTags1;

新、老结构有细微差别：老结构中有两位没有使用（unusedStaff）；新结构中只有一位没有使用，另一位（deleted）被用来表示当前页是否已经删除。
③oob区中ECC码的计算
如果配置内核时设置了CONFIG_YAFFS_DOES_ECC，则yaffs文件系统将使用yaffs2/yaffs_ecc.c文件中的yaffs_ECCCalculate函数来计算ECC码；否则使用drivers/mtd/nand/nand_ecc.c文件中的nand_calculate_ecc函数。
mkyaffsimage工具原来的代码中使用yaffs_ECCCalculate函数。由于上面配置内核时，没有选择CONFIG_YAFFS_DOES_ECC，为了使映像文件与内核保持一致，要修改mkyaffsimage源码，使用nand_calculate_ecc函数。
对mkyaffsiamge的修改如下所示。
①增加头文件
修改文件mkyaffsimage.c，加上下面这行，里面定义了yaffs_PackedTags1结构。

1	#include "yaffs_packedtags1.h"

②修改mkyaffsimages.c文件的write_chunk函数
代码如下：

static int write_chunk(__u8 *data,__u32 chunkId,__u32 nBytes)
{
#ifdef CONFIG_YAFFS_9BYTE_TAGS //如果要生成老格式的yaffs1映像文件，定义这个宏
/*原来的代码*/
#else 
    yaffs_PachedTags pt1;
    yaffs_ExtendedTags  etags;
    __u8  ecc_code[6];
    __u8  oobbuf[16];

    //写页数据，512个字节
    error = write(outFile,data,512);
    if(error < 0) return error;

    //构造tag
    etags.chunkId = chunkId;
    etags.serialNumber = 0;
    etags.byteCount = nBytes;
    etags.objectId = objId;
    etags.chunkDeleted = 0;

    //重定位oob区中的可用数据（称为tag）
    yaffs_PackTags1(&pt1,&etags);

    //计算tag本身的ECC码
    yaffs_CalcTagsECC((yaffs_Tags *)&pt1);

    memset(oobbuf,0xff,16);
    memcpy(oobbuf+8,&pt1,8);

    //使用与内核MTD层相同的计算方法一页数据（5124字节）的ECC码，并把它们填入oob
    nand_calculate_ecc(data,&ecc_code[0]);
    nand_calculate_ecc(data+256,&ecc_code[3]);

    oobbuf[0] = ecc_code[0];
    oobbuf[1] = ecc_code[1];
    oobbuf[2] = ecc_code[2];
    oobbuf[3] = ecc_code[3];
    oobbuf[4] = ecc_code[4];
    oobbuf[6] = ecc_code[6];
    oobbuf[7] = ecc_code[7];

    nPages++;

    //写oob数据，169字节
    return write(outFile,oobbuf,16);
#endif
}

值得注意的是，第20行设置新tag结构中增加的chunkDeleted成员；第32-41行将计算出来的ECC码填入新的ECC位置，它正是nand_oob_16结构的eccpos数组定义的位置。
其中第32、33行的nand_calculate_ecc函数是从内核源文件drivers/mtd/nand/nand_ecc.c修改而来；在/work/system/Development/yaffs2/utils目录下新建一个同名文件nand_ecc.c，把内核文件nand_ecc.c的nand_calculate_ecc函数、函数中用到的nand_ecc_precalc_table数组摘出来；并去除函数中的第一个形参“struct mtd_info *mtd”。
③添加文件，修改Makefile
第23行的yaffs_PackTags1函数在上一层目录yaffs_packedtags1.c中定义，先将这个文件复制到当前目录。

1	cp ../yaffs_packedtags1.c ./

另外，nand_calculate_ecc函数是在新加的nand_ecc.c中定义的，所以要修改Makefile，把yaffs_packedtags1.c和nand_ecc.c也编译进mkyaffsimage工具中。

修改前：
MKYAFFSSOURCES = mkyaffsimage.c
修改后：
MKYAFFSSOURCES = mkyaffsimage.c yaffs_packedtags1.c nand_ecc.c

现在，在/work/system/Development/yaffs2/utils目录下执行“make”命令生成mkyaffsimage工具，将它复制到/usr/local/bin目录。

1 2	sudo cp mkyaffsimage /usr/local/bin sudo chmod +x /usr/local/bin/mkyaffsimage

制作/烧写yaffs映像文件

使用如下命令将/work/nfs_root/fs_mini目录制作为fs_mini.yaffs文件。

1 2	cd /work/nfs_root mkyaffsimage fs_mini fs_mini.yaffs

将fs_mini.yaffs放入tftp目录或nfs目录后，在U-Boot界面就可以下载、烧入NAND Flash中，操作命令如下：

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tftp 0x30000000 fs_mini.yaffs 或 nfs 0x30000000 192.168.1.57:/work/nfs_root/fs_mini.yaffs
nand erase 0xA00000 0x3600000
nand write.yaffs 0x30000000 0xA00000 $(filesize)

现在可以修改命令行参数以MTD2分区作为根文件系统，比如在U-Boot控制界面如下设置：

1 2	set bootargs noinitrd console=ttySAC0 root=/dev/mtdblock2 rootfstype=yaffs saveenv