I.MX6ULL_Linux_系统篇(23) busybox文件系统构建

Linux“三巨头”已经完成了 2 个了，就剩最后一个 rootfs(根文件系统)了，本章我们就来学习一下根文件系统的组成以及如何构建根文件系统。这是 Linux 移植的最后一步，根文件系统构建好以后就意味着我们已经拥有了一个完整的、可以运行的最小系统。以后我们就在这个最小系统上编写、测试 Linux 驱动，移植一些第三方组件，逐步的完善这个最小系统。最终得到一个功能完善、驱动齐全、相对完善的操作系统。

BusyBox 构建根文件系统

BusyBox 是一个集成了大量的 Linux 命令和工具的软件，像 ls、 mv、 ifconfig 等命令 BusyBox 都会提供。 BusyBox 就是一个大的工具箱，这个工具箱里面集成了 Linux 的许多工具和命令。一般下载 BusyBox 的源码，然后配置 BusyBox，选择自己想要的功能，最后编译即可。BusyBox 可以在其官网下载到，官网地址为： https://busybox.net/，如图所示：

在官网左侧的“Get BusyBox”栏有一行“Download Source”，点击“Download Source”即可打开 BusyBox 的下载页，如图所示：
 

从图中可以看出，目前最新的 BusyBox 版本是 1.36.0，不过本篇我们使用开发板提供的 1.29.0 版本的BusyBox 源码->busybox-1.29.0.tar.bz2， BusyBox 准备好以后就可以构建根文件系统了！

准备BusyBox

一般我们在 Linux 驱动开发的时候都是通过 nfs 挂载根文件系统的（便于调试，不用每次修改后还要打包烧录重启），所以要在 nfs 服务器（自行搭建nfs服务器）目录中创建一个名为 rootfs 的子目录(名字大家可以随意起，为了方便就用了 rootfs)。

将 busybox-1.29.0.tar.bz2 发送到 Ubuntu 中，存放位置大家随便选择。然后使用如下命令将其解压：

tar -vxjf busybox-1.29.0.tar.bz2

解压完成以后进入到 busybox-1.29.0 目录中，此目录中的文件和文件夹如图所示：

 中文字符支持，可选，但本文不做修改。

配置 busybox

与我们编译 Uboot、 Linux kernel 一样，我们要先对 busybox 进行默认的配置，有以下几种配置选项：
①、 defconfig，缺省配置，也就是默认配置选项。
②、 allyesconfig，全选配置，也就是选中 busybox 的所有功能。
③、 allnoconfig，最小配置。
我们一般使用默认配置即可，因此使用如下命令先使用默认配置来配置一下 busybox：

make defconfig

busybox 也支持图形化配置，通过图形化配置我们可以进一步选择自己想要的功能，输入如下命令打开图形化配置界面：

make menuconfig

 配置路径如下：

Location:-> Settings-> Build static binary (no shared libs)
不选

选项“Build static binary (no shared libs)”用来决定是静态编译 busybox 还是动态编译，静态编译的话就不需要库文件，但是编译出来的库会很大。动态编译的话要求根文件系统中有库文件，但是编译出来的 busybox 会小很多。配置如图所示：

Location:-> Settings-> vi-style line editing commands

Location:-> Linux Module Utilities-> Simplified modutils
不选

Location:
-> Linux System Utilities
-> mdev (16 kb) //确保下面的全部选中，默认都是选中的

编译 busybox

配置好 busybox 以后就可以编译了，我们可以指定编译结果的存放目录，我们肯定要将编译结果存放到前面创建的 rootfs 目录中，输入如下命令：

make
make install CONFIG_PREFIX=/home/xxxxxx/nfs/rootfs

COFIG_PREFIX 指 定 编 译 结 果 的 存 放 目 录 ， 比 如 我 存 放 到“/home/xxxxxx/nfs/rootfs”目录中，等待编译完成。编译完成以后如图所示：

编译完成以后会在 busybox 的所有工具和文件就会被安装到 rootfs 目录中， rootfs 目录内容如图所示：

从图中可以看出， rootfs 目录下有 bin、 sbin 和 usr 这三个目录，以及 linuxrc 这个文件。前面说过 Linux 内核 init 进程最后会查找用户空间的 init 程序，找到以后就会运行这个用户空间的 init 程序，从而切换到用户态。如果 bootargs 设置 init=/linuxrc，那么 linuxrc 就是可以作为用户空间的 init 程序，所以用户态空间的 init 程序是 busybox 来生成的。busybox 的工作就完成了，但是此时的根文件系统还不能使用，还需要一些其他的文件，我们继续来完善 rootfs。

添加 lib 库

向 rootfs 的“/lib”目录添加库文件:
Linux 中的应用程序一般都是需要动态库的， 当然你也可以编译成静态的，但是静态的可执行文件会很大。如果编译为动态的话就需要动态库，所以我们需要向根文件系统中添加动态库。在 rootfs 中创建一个名为“lib”的文件夹，命令如下：

mkdir lib

lib 文件夹创建好了，库文件从哪里来呢？ lib 库文件从交叉编译器中获取，前面我们搭建交叉编译环境的时候将交叉编译器存放到了“/usr/local/arm/”目录中。交叉编译器里面有很多的库文件，这些库文件具体是做什么的我们作为初学者肯定不知道，既然我不知道那就简单粗暴的把所有的库文件都放到我们的根文件系统中。这样做出来的根文件系统肯定很大，但是我们现在是学习阶段，还做不了裁剪。进入如下路径对应的目录：

/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/lib

此目录下有很多的*so*(*是通配符)和.a 文件，这些就是库文件，将此目录下所有的*so*和.a文件都拷贝到 rootfs/lib 目录中，拷贝命令如下：

cp *so* *.a /home/xxxxxx/rootfs/lib/ -d

后面的“-d”表示拷贝符号链接，这里有个比较特殊的库文件： ld-linux-armhf.so.3，此库文件也是个符号链接，相当于 Windows 下的快捷方式。会链接到库 ld-2.19-2014.08-1-git.so 上，输
入命令“ls ld-linux-armhf.so.3 -l”查看此文件详细信息，如图所示：

从图可以看出， ld-linux-armhf.so.3 后面有个“->”，表示其是个软连接文件，链接到文件 ld-2.19-2014.08-1-git.so，因为其是一个“快捷方式”，因此大小只有 24B。但是， ld-linuxarmhf.so.3 不能作为符号链接，否则的话在根文件系统中执行程序无法执行！所以我们需要 ldlinux-armhf.so.3 完成逆袭，由“快捷方式”变为“本尊”，方法很简单，那就是重新复制 ld-linuxarmhf.so.3，只是不复制软链接即可。

继续进入如下目录中（不用操作也可以，库是一样的，不会新增拷贝项）：

gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/lib

此目录下也有很多的的*so*和.a 库文件，我们将其也拷贝到 rootfs/lib 目录中，命令如下：

cp *so* *.a /home/xxxxxx/rootfs/lib/ -d

向 rootfs 的“usr/lib”目录添加库文件：

在 rootfs 的 usr 目录下创建一个名为 lib 的目录，将如下目录中的库文件拷贝到 rootfs/usr/lib目录下：

gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/usr/lib

将此目录下的 so 和.a 库文件都拷贝到 rootfs/usr/lib 目录中，命令如下：

cp *so* *.a /home/xxxxxx/rootfs/usr/lib/ -d

至此，根文件系统的库文件就全部添加好了。

创建其他文件夹

在根文件系统中创建其他文件夹，如 dev、 proc、 mnt、 sys、 tmp 和 root 等，创建完成以后如图所示：

目前来看，这个根文件系统好像已经准备好了，开始测试！

测试

接下来我们使用测试一下前面创建好的根文件系统 rootfs，测试方法就是使用 NFS 挂载，uboot 里面的 bootargs 环境变量会设置“root”的值，所以我们将 root 的值改为 NFS 挂载即可。在 Linux 内核源码里面有相应的文档讲解如何设置，文档为 Documentation/filesystems/nfs/nfsroot.txt，格式如下：

root=/dev/nfs nfsroot=[<server-ip>:]<root-dir>[,<nfs-options>] ip=<client-ip>:<server-ip>:<gwip>:<netmask>:<hostname>:<device>:<autoconf>:<dns0-ip>:<dns1-ip>

<server-ip>：服务器 IP 地址，也就是存放根文件系统主机的 IP 地址，那就是 Ubuntu 的 IP地址，比如我的 Ubuntu 主机 IP 地址为 192.168.1.250。
<root-dir>： 根文件系统的存放路径，比如我的就是/home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs。
<nfs-options>： NFS 的其他可选选项，一般不设置。
<client-ip>： 客户端 IP 地址，也就是我们开发板的 IP 地址， Linux 内核启动以后就会使用此 IP 地址来配置开发板。此地址一定要和 Ubuntu 主机在同一个网段内，并且没有被其他的设备使用，在 Ubuntu 中使用 ping 命令 ping 一下就知道要设置的 IP 地址有没有被使用，如果不能ping 通就说明没有被使用，那么就可以设置为开发板的 IP 地址。
<server-ip>： 服务器 IP 地址，前面已经说了。
<gw-ip>： 网关地址，我的就是 192.168.1.1。
<netmask>：子网掩码，我的就是 255.255.255.0。
<hostname>：客户机的名字，一般不设置，此值可以空着。
<device>： 设备名，也就是网卡名，一般是 eth0， eth1….，正点原子的 I.MX6U-ALPHA 开发板的 ENET2 为 eth0， ENET1 为 eth1。如果你的电脑只有一个网卡，那么基本只能是 eth0。
这里我们使用 ENET2，所以网卡名就是 eth0。
<autoconf>： 自动配置，一般不使用，所以设置为 off。
<dns0-ip>： DNS0 服务器 IP 地址，不使用。
<dns1-ip>： DNS1 服务器 IP 地址，不使用。
根据上面的格式 bootargs 环境变量的 root 值如下：

root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.250:/home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=192.168.1.251:192.168.1.250:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off

“proto=tcp”表示使用 TCP 协议，“rw”表示 nfs 挂载的根文件系统为可读可写。 启动开发板，进入 uboot 命令行模式，然后重新设置 bootargs 环境变量，命令如下：

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.250:
/home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=192.168.1.251:192.168.1.250:192.168.1.1:
255.255.255.0::eth0:off' //设置 bootargs
saveenv //保存环境变量

 设置好以后使用“boot”命令启动 Linux 内核，结果如图所示：

从图中可以看出，我们进入了根文件系统，说明我们的根文件系统工作了！如果没有启动进入根文件系统的话可以重启一次开发板试试。我们可以输入“ls”命令测试一下，结果如图所示：

可以看出 ls 命令工作正常！那么是不是说明我们的 rootfs 就制作成功了呢？大家注意，在进入根文件系统的时候会有下面这一行错误提示：

提示很简单，说是无法运行“/etc/init.d/rcS”这个文件，因为这个文件不存在。

完善rootfs

创建/etc/init.d/rcS 文件

rcS 是个 shell 脚本， Linux 内核启动以后需要启动一些服务，而 rcS 就是规定启动哪些文件的脚本文件。在 rootfs 中创建/etc/init.d/rcS 文件，然后在 rcS 中输入如下所示内容：

1 #!/bin/sh
2 
3 PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:$PATH
4 LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/lib:/usr/lib
5 export PATH LD_LIBRARY_PATH
6 
7 mount -a
8 mkdir /dev/pts
9 mount -t devpts devpts /dev/pts
10
11 echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
12 mdev -s

第 1 行，表示这是一个 shell 脚本。
第 3 行， PATH 环境变量保存着可执行文件可能存在的目录，这样我们在执行一些命令或者可执行文件的时候就不会提示找不到文件这样的错误。
第 4 行， LD_LIBRARY_PATH 环境变量保存着库文件所在的目录。
第 5 行，使用 export 来导出上面这些环境变量，相当于声明一些“全局变量”。
第 7 行，使用 mount 命令来挂载所有的文件系统，这些文件系统由文件/etc/fstab 来指定，所以我们一会还要创建/etc/fstab 文件。
第 8 和 9 行，创建目录/dev/pts，然后将 devpts 挂载到/dev/pts 目录中。
第 11 和 12 行，使用 mdev 来管理热插拔设备，通过这两行， Linux 内核就可以在/dev 目录下自动创建设备节点。关于 mdev 的详细内容可以参考 busybox 中的 docs/mdev.txt 文档。
示例代码中的 rcS 文件内容是最精简的，大家如果去看 Ubuntu 或者其他大型 Linux操作系统中的 rcS 文件，就会发现其非常复杂。因为我们是初次学习，所以不用搞这么复杂的，而且这么复杂的 rcS 文件也是借助其他工具创建的，比如 buildroot 等。创建好文件/etc/init.d/rcS 以后一定要给其可执行权限！

置好以后就重新启动 Linux 内核，启动以后如图所示：

从图中可以看到，提示找不到/etc/fstab 文件，还有一些其他的错误，我们先把/etc/fstab这个错误解决了。说不定把这个问题解决以后其他的错误也就解决了。前面我们说了“mount -a”挂载所有根文件系统的时候需要读取/etc/fstab，因为/etc/fstab 里面定义了该挂载哪些文件，好了，接下来就是创建/etc/fstab 文件。

创建/etc/fstab 文件

在 rootfs 中创建/etc/fstab 文件， fstab 在 Linux 开机以后自动配置哪些需要自动挂载的分区，格式如下：

<file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass>

<file system>：要挂载的特殊的设备，也可以是块设备，比如/dev/sda 等等。
<mount point>：挂载点。
<type>：文件系统类型，比如 ext2、 ext3、 proc、 romfs、 tmpfs 等等。
<options>：挂载选项，在 Ubuntu 中输入“man mount”命令可以查看具体的选项。一般使用 defaults，也就是默认选项， defaults 包含了 rw、 suid、 dev、 exec、 auto、 nouser 和 async。
<dump>：为 1 的话表示允许备份，为 0 不备份，一般不备份，因此设置为 0。
<pass>：磁盘检查设置，为 0 表示不检查。根目录‘/’设置为 1，其他的都不能设置为 1，其他的分区从 2 开始。一般不在 fstab 中挂载根目录，因此这里一般设置为 0。按照上述格式，在 fstab 文件中输入如下内容：

1 #<file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass>
2 proc             /proc         proc defaults     0     0
3 tmpfs             /tmp         tmpfs defaults     0     0
4 sysfs             /sys         sysfs defaults     0     0

fstab 文件创建完成以后重新启动 Linux，结果如图所示：

从图可以看出，启动成功，而且没有任何错误提示。但是我们要还需要创建一个文件/etc/inittab。

创建/etc/inittab 文件

inittab 的详细内容可以参考 busybox 下的文件 examples/inittab。 init 程序会读取/etc/inittab这个文件， inittab 由若干条指令组成。每条指令的结构都是一样的，由以“:”分隔的 4 个段组
成，格式如下：

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

<id>：每个指令的标识符，不能重复。但是对于 busybox 的 init 来说， <id>有着特殊意义。<id>用来指定启动进程的控制 tty，一般我们将串口或者 LCD 屏幕设置为控制 tty。
<runlevels>： 对 busybox 来说此项完全没用，所以空着。
<action>：动作，用于指定<process>可能用到的动作。 busybox 支持的动作如表所示：

动作	描述
sysinit	在系统初始化的时候 process 才会执行一次。
respawn	当 process 终止以后马上启动一个新的。
askfirst	和 respawn 类似，在运行 process 之前在控制台上显示“Please press Enter to activate this console.”。只要用户按下“Enter”键以后才会执行 process。
wait	告诉 init，要等待相应的进程执行完以后才能继续执行。
once	仅执行一次，而且不会等待 process 执行完成。
restart	当 init 重启的时候才会执行 process。
ctrlaltdel	当按下 ctrl+alt+del 组合键才会执行 process。
shutdown	关机的时候执行 process。

<process>： 具体的动作，比如程序、脚本或命令等。参考 busybox 的 examples/inittab 文件，我们也创建一个/etc/inittab，在里面输入如下内容：

1 #etc/inittab
2 ::sysinit:/etc/init.d/rcS
3 console::askfirst:-/bin/sh
4 ::restart:/sbin/init
5 ::ctrlaltdel:/sbin/reboot
6 ::shutdown:/bin/umount -a -r
7 ::shutdown:/sbin/swapoff -a

第 2 行，系统启动以后运行/etc/init.d/rcS 这个脚本文件。
第 3 行，将 console 作为控制台终端，也就是 ttymxc0。
第 4 行，重启的话运行/sbin/init。
第 5 行，按下 ctrl+alt+del 组合键的话就运行/sbin/reboot，看来 ctrl+alt+del 组合键用于重启系统。
第 6 行，关机的时候执行/bin/umount，也就是卸载各个文件系统。
第 7 行，关机的时候执行/sbin/swapoff，也就是关闭交换分区。
/etc/inittab 文件创建好以后就可以重启开发板即可，至此！根文件系统要创建的文件就已经全部完成了。接下来就要对根文件系统进行其他的测试，比如我们自己编写的软件运行是否正
常、是否支持软件开机自启动、以及能不能链接等。

创建/etc/resolv.conf，指定域名服务器：

1 nameserver 114.114.114.114
2 nameserver 192.168.1.1

开机自启：

进入根文件系统的时候会运行/etc/init.d/rcS 这个 shell 脚本，因此我们可以在这个脚本里面添加自启动相关内容。添加完成以后的/etc/init.d/rcS 文件内容如下：

1 #!/bin/sh
2 PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin
3 LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/lib:/usr/lib
4 runlevel=S
5 umask 022
6 export PATH LD_LIBRARY_PATH runlevel
7 
8 mount -a
9 mkdir /dev/pts
10 mount -t devpts devpts /dev/pts
11
12 echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
13 mdev -s
14
15 #开机自启动
16 cd /drivers
17 ./hello &
18 cd /

第 16 行，进入 drivers 目录，因为要启动的软件存放在 drivers 目录下。
第 17 行，以后台方式执行 hello 这个软件。
第 18 行，退出 drivers 目录，进入到根目录下。
自启动代码添加完成以后就可以重启开发板，hello 这个软件就会自动运行！