QEMU学习之路（5）— 从0到1构建Linux系统镜像

QEMU学习之路（5）— 从0到1构建Linux系统镜像

一、前言

参考：从内核到可启动镜像：0到1构建你的极简Linux系统

二、linux源码获取

安装编译依赖

sudo apt install -y build-essential libncurses-dev flex bison libssl-dev libelf-dev

1、从Linux官网下载源码

wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.14.tar.xz

下好后使用命令解压

tar xvf linux-6.14.tar.xz

2、使用git拉取

git clone --depth 1 https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux.git -b v6.14 linux-6.14

3、国内镜像源获取

从国外的网站下载内核可能很慢，可以尝试使用国内的镜像源，例如清华大学的开源镜像站

git clone --depth 1 https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/linux.git -b v6.14 linux-6.14

三、内核构建

源码获取好后可以使用如下命令生成默认配置

make defconfig

然后编译内核

make -j$(nproc)

编译后得到内核镜像文件：arch/x86_64/boot/bzImage

四、构建initramfs

initramfs（Initial RAM File System）是 Linux 系统启动过程中使用的 临时根文件系统，它存储在内存中，用于在内核加载后、挂载真实根文件系统前完成关键初始化任务。
使用如下命令构造目录结构与设备节点

mkdir -p initramfs/{bin,dev,proc,sys}
cd initramfs
sudo mknod dev/console c 5 1
sudo mknod dev/null c 1 3
sudo chown root:root dev/{console,null}

BusyBox 是一个高度优化的 多合一 Unix 工具集，它将数百个常用 Unix 工具（如 ls、cat、grep、mount、ifconfig 等）集成到一个精简的二进制文件中。
下载BusyBox 源码：

wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.36.1.tar.bz2

解压

tar -xf busybox-1.36.1.tar.bz2

进入源码目录进行配置

cd busybox-1.36.1
make menuconfig

进入配置界面后，启用以下选项吗，选择静态方式编译busybox，目的是将程序的所有依赖库直接打包进二进制文件，避免了Linux系统运行时依赖动态库。

Settings  --->[*] Build static binary (no shared libs) 

编译busybox

make -j$(nproc)

然后部署到initramfs

make install CONFIG_PREFIX=../work/initramfs

在initramfs目录新建init文件，它作为Linux 启动镜像（initramfs）中的 首个用户态进程（PID 1），由内核直接启动，承担着从内核过渡到用户空间的关键桥梁作用，主要任务是为后续系统启动准备必要的运行环境。输入内容如下：

#!/bin/sh
/bin/echo "Hello Linux"
mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t devtmpfs devtmpfs /devexec /bin/sh

使用chmod +x init命令添加可执行权限

然后将其打包到initramfs.img镜像文件中。

find . | cpio -H newc -o | gzip > ../initramfs.img

使用如下命令检查打包结果

file ../initramfs.img 

五、启动测试

将bzImage拷贝到当前目录

使用如下命令测试启动

qemu-system-x86_64 -kernel bzImage -initrd initramfs.img

启动后显示界面如下：

也可使用如下命令不带图形界面启动

qemu-system-x86_64 -kernel bzImage -initrd initramfs.img -m 1G -nographic -append "earlyprintk=serial,ttyS0 console=ttyS0"

六、制作ISO镜像

ISO文件是一种标准的光盘镜像格式（遵循ISO 9660文件系统规范），通常用于封装完整的可启动操作系统或软件集合。在Linux系统构建中，ISO文件的核心作用是将内核（vmlinuz）、初始内存盘（initramfs.img）和引导程序（如GRUB）等关键组件打包成一个可物理刻录（光盘/USB）或虚拟机加载的独立镜像。

构建boot目录

mkdir -p iso/boot/grub

将前面编译或者构建好的内核镜像文件（bzImage或者Image.gz）、根文件系统镜像文件（initramfs.img）添加到boot目录中

cp ../linux-6.14/arch/x86_64/boot/bzImage iso/boot/vmlinuz
cp ./initramfs.img iso/boot/initramfs.img

新建GRUB配置文件

touch iso/boot/grub/grub.cfg

输入内容如下

menuentry "Custom Linux" {linux /boot/vmlinuz root=/dev/ram0 rwinitrd iso/boot/initramfs.img
}

安装工具依赖包

sudo apt install mtools xorriso

生成ISO

grub-mkrescue -o custom-linux.iso iso/

验证ISO结构

xorriso -indev custom-linux.iso -ls

使用如下命令启动：

qemu-system-x86_64 -cdrom custom-linux.iso

七、开发驱动

创建hello.c文件，内容如下所示：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("william");
MODULE_DESCRIPTION("Hello module");
MODULE_VERSION("0.1");static int __init hello_init(void)
{printk(KERN_INFO "Loading hello module\n");printk(KERN_INFO "hello world\n");return 0;
}static void __exit hello_exit(void)
{printk(KERN_INFO "exit module\n");
}module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

编写Makefile如下所示：

KERNELDIR=/home/william/project/linux/linux-6.14obj-m := hello.oall:make -C ${KERNELDIR} M=${PWD} modulesclean:make -C ${KERNELDIR} M=${PWD} clean.PHONY: all clean

编译后将hello.ko拷贝到initramfs/usr/文件夹下，重新生成initramfs.img后启动系统

进入/usr目录后加载驱动，卸载驱动，可看到如下打印