定制适用于ARM平台的Ubuntu rootfs（根文件系统）

0 背景

有一个很厉害的师兄针对我们实验室的需求设计了一块控制板，以beaglebone为基础，由于更改了一些底层的硬件，所以重新定制编译的内核，并预先烧写到了板子的flash中。现在需要安装ubuntu的文件系统，以使用ROS的相关功能函数库。前一段时间我在beaglebone官网下载了其提供的预编译好的根文件系统，修改挂载设置fstab文件后顺利启动，但是不能支持图形界面，不知是内核支持的原因还是文件系统的原因。前面琢磨了如何编译适用于ARM架构的内核（编译适用于ARM的linux内核并进行QEMU仿真），为了今后在需要时按自己的意愿修改文件系统，最近两天一直在研究如何定制自己的根文件系统，参考了几篇经验帖，结合自己的实践，特记录于此。

                                                                          图1 Ubuntu rootfs定制流程
1 获得ubuntu基本裸系统
1.1 利用debootstrap工具

参考ubuntu提供的网站https://wiki.ubuntu.com/ARM/RootfsFromScratch/QemuDebootstrap

由于我要跨平台运行，所以不能简单地进行本机编译，在网上查询专门有一个模拟不同机器架构的软件qemu，而在ubuntu中对其支持良好。所以首先在PC主机ubuntu系统中安装qemu模拟器：

sudo apt-get install qemu-user-static

然后就可以利用下面的命令获得一个基本的ubuntu裸文件系统：

sudoqemu-debootstrap --arch armhf --variant=minbase --verbose trusty /mnt/rootfs/

生成的minbase文件系统大小为123M。

manqemu-debootstrap可以看到其原理：

The  qemu-debootstrap  wrapper calls  debootstrap(8)  making use  of  the --foreign  and  --second-stage  options, and copies the appropriate qemu-user-static(1) binary into place inorder to install cross-architecture chroots. In order for it  to work  seamlessly,  the binfmt-support package must be installed.

也就是qemu-debootstrap调用debootstrap函数，并且把qemu-user-static的二进制文件qemu-arm-static复制到目标目录中以用于跨平台编译。qemu-debootstrap的参数选项和debootstrap相同，具体的可以查看debootstrap的用法。
1.2 从ubuntu官网下载

我们也可以从ubuntu官方网站下载其提供的最小裸文件系统。

mkdir~/ubuntu-rootfs

cd ubuntu-rootfs

# 下载Ubuntu Core rootfs

wget http://cdimage.ubuntu.com/ubuntu-core/releases/14.04.1/release/ubuntu-core-14.04-core-armhf.tar.gz

解压Ubuntu Core rootfs tar包，注意一定要用sudo

sudo tar -xzvf ubuntu-core-14.04-core-armhf.tar.gz

# 退回到上一级目录

cd ..

由于我们要chroot，所以需要能够在chroot环境执行armhf版本的binary，所以我们要接触linux的binfmt机制和qemu static解释器

sudo apt-getinstall qemu-user-static

sudo cp/usr/bin/qemu-arm-static ubuntu-rootfs /usr/bin/

先将本机的dns配置复制到目标rootfs，后面联网时会用到

sudo cp -b/etc/resolv.conf ~/ubuntu-rootfs/etc/resolv.conf
2 挂载相关文件系统并chroot

挂载proc, sys, dev, dev/pts等文件系统，我们可以编写一个bash脚本ch-mount.sh来完成挂载和后面的卸载操作，下载ch-mount.sh至当前目录，执行如下操作：

sudo bashch-mount.sh -m ubuntu-rootfs/

ch-mount.sh的内容

#!/bin/bash
function mnt() {
    echo "MOUNTING"
    sudo mount -t proc /proc ${2}proc
    sudo mount -t sysfs /sys ${2}sys
    sudo mount -o bind /dev ${2}dev
    sudo mount -o bind /dev/pts ${2}dev/pts        
    sudo chroot ${2}
}
function umnt(){
    echo "UNMOUNTING"
    sudo umount ${2}proc
    sudo umount ${2}sys
    sudo umount ${2}dev/pts
    sudo umount ${2}dev
}
if ["$1" == "-m" ] && [ -n "$2" ] ;
then
    mnt $1 $2
elif ["$1" == "-u" ] && [ -n "$2" ];
then
    umnt $1 $2
else
    echo ""
    echo "Either 1'st, 2'nd or bothparameters were missing"
    echo ""
    echo "1'st parameter can be one ofthese: -m(mount) OR -u(umount)"
    echo "2'nd parameter is the full pathof rootfs directory(with trailing '/')"
    echo ""
    echo "For example: ch-mount -m/media/sdcard/"
    echo ""
    echo 1st parameter : ${1}
    echo 2nd parameter : ${2}
fi

3 配置网络服务

一旦进入了chroot的环境，我们需要修改/etc/apt/sources.list的内容。去掉除以deb-src开头的所有库的注释，这里可能需要用到vim编辑器，所以最好是在chroot之前就在主机目录下把ubuntu-rootfs//etc/apt/sources.list的内容修改好，因为一旦chroot后，裸根文件系统很可能没有安装vim编辑器。网络的dns我们在第一步中已经复制过来了。
4 安装所需软件包

apt-get update

首先更新资源列表，然后安装必备的软件包，根据自己的需求：

#language-pack-en-base   英文翻译的mo文件

# sudo                    sudo命令

# ssh                     ssh的client和server

# net-tools               ifconfig，netstat，route，arp等

# ethtool                 ethtool命令，显示、修改以太网设置

#wireless-tools          iwconfig等，显示、修改无线设置

# ifupdown                ifup，ifdown等工具

#network-manager         Network Manager服务和框架，高级网络管理

# iputils-ping            ping和ping6

# rsyslog                 系统log服务

#bash-completion         bash命令行补全

# htop                    htop工具，交互式进程查看器

apt-get install\
  language-pack-en-base \
  sudo \
  ssh \
  net-tools \
  ethtool \
  wireless-tools \
  ifupdown \
  network-manager \
  iputils-ping \
  rsyslog \
  bash-completion \
  htop \
  --no-install-recommends

5 设置用户相关

adduser Ubuntu，然后根据提示设置密码。

设置主机名称：

echo"ubuntu-arm">/etc/hostname

设置本机入口ip：

echo"127.0.0.1 localhost">>/etc/hosts

echo"127.0.1.1 ubuntu-arm">>/etc/hosts

允许自动更新dns：

dpkg-reconfigureresolvconf

设置时区：

dpkg-reconfiguretzdata
6 配置串口调试服务

在用debootstrap制作的rootfs里，是不包含有串口登陆tty的。需要添加一个/etc/init/ttyS0.conf文件才能从串口登陆。否则你会在串口看见KERNL的输出信息，但就是等不到登陆提示。

cp tty1.confttyS0.conf

vi ttyS0.conf，修改其内容如下：

start on stoppedrc or RUNLEVEL=[12345]

stop on runlevel[!12345]

respawn

exec /sbin/getty-L 115200 ttyS0 vt102

由于最后要利用SD卡在板子上启动，需要修改/etc/fstab 的内容，以便根文件系统能够正确地挂载，否则不能正确挂载根文件系统将导致系统无法启动。由于在内核中设置的根文件系统的挂载目录是SD卡的第五分区，于是如下设置：

#   

                                      
/dev/mmcblk0p5    /             ext4      defaults,noatime,errors=remount-ro   0      1
/dev/mmcblk0p1    /boot/uboot   vfat      defaults,noatime                     0      0

然后exit退出chroot，执行sudo bash ch-mount.sh -m ubuntu-rootfs/卸载相关文件系统即可。

我利用debootstrap工具完成的根文件系统包的大小为：

sudo du -s -h rootfs

288M    rootfs

而利用ubuntu官方网站提供的裸系统制作的根文件系统包的大小为：

sudo du -s -hubuntu-core-rootfs

276M    ubuntu-core-rootfs

为什么我自己做的会稍微大一点儿呢？我什么也没有多加啊，都是按照最简化来的。

 
参考文献：

[1] https://wiki.ubuntu.com/ARM/RootfsFromScratch/QemuDebootstrap

[2] http://gnu-linux.org/building-ubuntu-rootfs-for-arm.html

[3] http://blog.csdn.net/wjs1033/article/details/44559035

[4] https://uframer.gitbooks.io/beaglebone-black-notes/content/building_ubuntu_rootfs_for_arm.html

 

 

祝枫

2016年6月18日于深圳

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2016年6月20日记：

今天试了下前两天自己做的系统，分别是在ubuntu系统下基于debootstrap制作的最小文件系统和在ubuntu官网提供的ubuntu-core的基础上修改的文件系统。观察其启动过程，应该是都通过了文件系统检查并已成功启动，因为kernel输出的启动信息都到了* Stopping System Vrunlevel compatibility[ OK ]，然而都是无法正常显示登陆界面，致使无法登陆。查询原因，应该是串口登录设置不正确，针对根据debootstrap制作的无论怎么修改串口设置，都不见成效，最后只能暂时放下。根据ubuntu-core更改的系统，一开始也是启动到相同的位置就卡住了，由于之前从beaglebone官网上下载的能够正常启动的文件系统就是beaglebone根据ubuntu-core更改的，于是我参考了一下之前下载的那个文件系统中的串口登录设置，发现其/etc/init/文件夹下有一个名为serial.conf的文件，打开后其内容如下：

start on stoppedrc RUNLEVEL=[2345]

stop on runlevel[!2345]

respawn

exec /sbin/getty115200 ttyO0

额，竟然是ttyO0，不是tty00！！！！！怪不得刚才在第一个文件系统中尝试tty00没有反应，在linux下O和0可真像啊。。。对了，在第二个系统中我是直接把那个serial.conf复制过去的，然后就正常气动了。要不然让我写成了tty00，又不知道要再在这里卡多少天呢，但是这也暴露了对于文件系统内部的知识，我还是很欠缺的。把第一个系统中的串口登录配置也改为serial.conf时，成功启动！

在成功启动的系统中，又遇到了用户权限问题，系统里面没有root用户权限。应该是当时没有修改debootstrap的root密码导致的。在PC上通过chroot更改根目录后，执行：

passwd root修改root密码后，在板子上就可以通过su –切换至超级用户，然后修改/etc/sudoers里面的内容，在root行下加上这句：

user    ALL=(ALL:ALL) ALL，然后user就可以获得root权限了。

至此，一个自己定制并成功安装的ubuntu for ARM最小根文件系统就完成了。
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作者：mountzf  
来源：CSDN  
原文：https://blog.csdn.net/mountzf/article/details/51707853  
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