2021年Linux技术总结（三）：根文件系统（rootfs）

# 一、根文件系统简介
Linux系统三大块：U-boot、kernel以及最后这个rootfs，跟文件系统。在kernel中，启动流程的最后会调用 prepare_namespace 函数，挂载根文件系统，这里就是挂载的本篇要说的。

根文件系统保存了内核代码映射文件，并对它们进行组织，方便用户与操作系统进行交互。但嵌入式里的内核代码保存在flash专用分区里面。内核会调用根文件系统的脚本文件进行初始化操作，如果没有根文件系统，则会出现内核崩溃。

首先，我们要了解一个根文件系统的结构，这才是以后经常打交道的对象，下面是常用的目录：

• /bin 存放着系统需要的可执行文件，一般都是一些命令，在终端中用的ls cp 什么的，都在里面；
• /dev 各种设备文件，像ttymxc ttyusb video sda等
• /etc 存放着各种配置文件，开机密码了什么的在这里面
• /lib 存放着 Linux所必须的库文件
• /mnt 临时挂载文件，好比windows下，你插一个U盘，蹦出来的那个盘，Linux下都挂载在这个目录里
• /proc 虚拟文件系统，里面的文件都是临时存在的，一般用来存储系统运行信息文件。
• /usr 全称Unix Software Resource，就是一个放软件的地方，一般下载的都安装在这里

这些是本人经常看的目录，其它的基本没怎么用，如果有兴趣可以自己查下。

二、根文件系统的搭建

根文件系统搭建是一个很麻烦很麻烦很麻烦的事，这些文件夹你可以一个个从网上下，哈哈哈哈，但是有专门的工具帮我们搭建。下面是几种常用的搭建方式。

1.1 busybox搭建

busybox是最简单的搭建工具，但它也集成了大量的 Linux命令和工具的软件，像 ls、 mv、 ifconfig，可以搭建一个最小的根文件系统。
busybox下载官网：https://busybox.net/，简陋的一批。

左面那一块，Get BusyBox里面第一个，点开，里面是各种版本：

这里本人不建议用最新版的，还是倒退一两个版本比较好。
下载后解压，然后在Makefile里面改一下ARCH ？= arm 和 CROSS_COMPILE = 交叉编译器路径。
接着 make menuconfig 进行配置，这些配置务必要进行：

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

Location: 
	-> Settings 
		-> [*] vi-style line editing commands

Location: 
	-> Linux Module Utilities 
		-> [ ] Simplified modutils

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

Location: 
	-> Settings 
		-> [*] Support Unicode 
			-> [*] Check $LC_ALL, $LC_CTYPE and $LANG environment variables

最后编译安装，指定路径
make 
make install CONFIG_PREFIX=这里是路径

ok 还没完，虽然busybox搭建完了，可，还有特别多库需要移植才能用，接下来需要移植busybox的库。

• 在根目录下建立一个lib文件夹（busybox搭建的根文件系统没有），然后将交叉编译器里面的库（路径是交叉编译器目录下arm-linux-gnueabihf/libc/lib和arm-linux-gnueabihf/lib，用的其它交叉编译器的话可以搜一下在哪）文件： * so* (*是通配符 )和 .a文件，cp到lib下；
• 在根目录下建立一个usr/lib文件夹（busybox搭建的根文件系统没有），然后将交叉编译器里面的库（路径是交叉编译器目录下arm-linux-gnueabihf/libc/usr/lib和arm-linux-gnueabihf/lib，用的其它交叉编译器的话可以搜一下在哪）文件： * so* (*是通配符 )和 .a文件，cp到usr/lib下；
• 创建dev、 proc、 mnt、 sys、 tmp 和 root 等文件夹；
• 创建 /etc/init.d/rcS文件，输入如下内容：

#!/bin/sh

PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:$PATH
LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/lib:/usr/lib
export PATH LD_LIBRARY_PATH

mount -a
mkdir /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts

echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s

• 创建 /etc/fstab文件

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

• 创建 /etc/inittab文件

#etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS
console::askfirst:-/bin/sh
::restart:/sbin/init
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount -a -r
::shutdown:/sbin/swapoff -a

1.2 buildroot搭建

可以看出，busybox的搭建还是很麻烦的，下面写一下buildroot这种搭建，这个也是我目前用的搭建方法，效果还不戳。
首先嘞，先下一个buildroot的安装包，然后嘞，解压呀，再然后嘞，进到目录里面，打开终端。输入make menuconfig 打开图形化配置界面，然后进行如下系列配置：

Target options 
	-> Target Architecture = ARM (little endian) 
	-> Target Binary Format = ELF 
	-> Target Architecture Variant = cortex-A7 
	-> Target ABI = EABIhf 
	-> Floating point strategy = NEON/VFPv4 
	-> ARM instruction set = ARM

Toolchain 
	-> Toolchain type = External toolchain 
	-> Toolchain = Custom toolchain //用户自己的交叉编译器
	-> Toolchain origin = Pre-installed toolchain //预装的编译器
	-> Toolchain path =/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf 
	-> Toolchain prefix = $(ARCH)-linux-gnueabihf //前缀
	-> External toolchain gcc version = 4.9.x 
	-> External toolchain kernel headers series = 4.1.x 
	-> External toolchain C library = glibc/eglibc 
	-> [*] Toolchain has SSP support? (NEW) //选中
	-> [*] Toolchain has RPC support? (NEW) //选中
	-> [*] Toolchain has C++ support? //选中
	-> [*] Enable MMU support (NEW) //选中

System configuration 
	-> System hostname = alpha_imx6ull //平台名字，自行设置
	-> System banner = Welcome to alpha i.mx6ull //欢迎语
	-> Init system = BusyBox //使用 busybox 
	-> /dev management = Dynamic using devtmpfs + mdev //使用 mdev 
	-> [*] Enable root login with password (NEW) //使能登录密码
	-> Root password = 123456 //登录密码为 123456

然后返回到终端，输入make （如果make错误，再试试sudo make 我个人不太喜欢sudo make 权限很烦人），有时候会遇到半天下载很慢的，在图中那个位置可以找到那个下载网址，再跑到windows下下载。

前面是搭建最小系统的方法，其它第三方软件buildroot也含有，这里建议先搭建个最小的，后面搭建其它的也可能会出现各种意外错误，其它软件添加在：Target packages 里面找，也可以直接按 / 全局搜索，有的软件安装是有依赖的，每次添加完编译都需要先输入 sudo make clean all，再编译，所以建议一次性添加完。

1.3 Yocto搭建

这里直接放一个之前写过的链接吧，没写完，因为最后家里网不行，东西就是下不下来，由于不可描述原因，外网是别想了。

• Yocto构建学习（ubuntu版、参考官方手册进行）

1.4 Ubuntu-base搭建

这个我也用过，但是后面不知道为什么，用过一段时间后，网络挂载就挂不上了，搞得我很心累，唉，先记下来，万一什么时候知道原因了再来改一下，下面先描述一下大致的搭建过程。
首先嘞，先下一个ubuntu-base的安装包，ubuntu版本提供很多，记得别选错，然后嘞，解压呀，再然后，安装 qemu工具，命令：sudo apt-get install qemu-user-static 将刚刚安装的 qemu-user-static拷贝到刚刚解压出来的 ubuntu base目录中，也就是ubuntu_rootfs/usr/bin目录下，命令如下：

cd /home/zuozhongkai/linux/nfs/ubuntu_rootfs 	//进入到 ubuntu_rootfs目录下
sudo cp /usr/bin/qemu-arm-static ./usr/bin/ 	//拷贝 qemu-arm-static

用过ubuntu的都知道，apt软件管理工具需要提供一个软件源，这个源在 /etc/resolv.conf 下，但是arm架构和X86架构的源是不一样的，所以在网上应该找ARM源，一般情况下ARM源的网址比X86源多了一个-ports，例如：

X86架构阿里源

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse

ARM架构阿里源

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ bionic main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ bionic-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ bionic-proposed main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ bionic-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ bionic main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ bionic-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ bionic-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ bionic-backports main restricted universe multiverse

换源的同时也需要注意，不同版本的Ubuntu源是不一样的，要找对应版本的源。
源确定后就要在主机挂载并配置根文件系统，脚本如下：

#!/bin/bash
echo "MOUNTING"
sudo mount -t proc /proc /ubuntu-base根目录/proc
sudo mount -t sysfs /sys /ubuntu-base根目录/sys
sudo mount -o bind /dev /ubuntu-base根目录/dev
sudo mount -o bind /dev/pts /ubuntu-base根目录/dev/pts
sudo chroot /ubuntu-base根目录

卸载脚本如下：

#!/bin/bash
echo "UNMOUNTING"
sudo umount /ubuntu-base根目录/proc
sudo umount /ubuntu-base根目录/sys
sudo umount /ubuntu-base根目录/dev/pts
sudo umount /ubuntu-base根目录/dev

挂载后，输入以下安装指令：

apt update
apt install language-pack-en-base 
apt install sudo 
apt install vim 
apt install kmod 
apt install net-tools 
apt install ethtool 
apt install ifupdown 
apt install rsyslog 
apt install htop
apt install iputils-ping

然后执行卸载脚本，就完成了。

三、操作系统常用指令和工具

3.1 APT软件管理工具

​ APT下载工具可以实现软件自动下载、配置、安装二进制或者源码的功能。 APT下载工具和“ install”命令结合在一起构成了 Ubuntu下最常用的下载和安装软件方法。它解决了 Linux平台下安装软件的一个缺陷，即软件之间相互依赖。
​ APT采用的 C/S模式，也就是客户端 /服务器模式，我们的 PC机作为客户端，当需要下载软件的时候就向服务器请求，因此我们需要知道服务器的地址，也叫做安装源或者更新源。更新源的方法见ubuntu构建里面，但是不同的系统软件管理工具是不一样的，ubuntu操作系统的是apt，cantos的是yum等等。

下面大致讲一下APT的使用：

• 更新本地数据库：sudo apt-get update
• 检查依赖关系：sudo apt-get check
• 软件安装：sudo apt-get install package-name
• 软件更新：sudo apt-get upgrade package-name
• 卸载软件：sudo apt-get remove package-name

3.2 VIM文本编辑工具

操作系统一般会带有VI（自已没移植当我没说），但是有时候会出现上下左右出来的却是wsad，这里还需要重新安装一些vim解决：

sudo apt-get install vim

VIM编辑器有 3种工作模式：输入模式、指令模式和底行模式，通过切换不同的模式可以完成不同的功能。当用vim打开一个文件的时候，默认指令模式，是无法编辑的，输入以下指令可以进入编辑模式：

i 在当前光标所在字符的前面，转为输入模式。
I 在当前光标所在行的行首转换为输入模式。
a 在当前光标所在字符的后面，转为输入模式。
A 在光标所在行的行尾，转换为输入模式。
o 在当前光标所在行的下方，新建一行，并转为输入模式。
O 在当前光标所在行的上方，新建一行，并转为输入模式。
s 删除光标所在字符。
r 替换光标处字符。

但是需要注意的是，编辑的时候，会下意识按Ctrl+S保存，但是VIM下会进入锁屏，选哟按下Ctrl+Q退出。退出编辑模式的方法是按下ESC，回到指令模式。

1、移动光标指令：
h(或左方向键 ) 光标左移一个字符。
l(或右方向键 ) 光标右移一个字符。
j(或下方向键 ) 光标下移一行。
k(或上方向键 ) 光标上移一行。
nG 光标移动到第 n行首。
n+ 光标下移 n行。
n- 光标上移 n行。
2、屏幕翻滚指令
Ctrl+f 屏幕向下翻一页，相当于下一页。
Ctrl+b 屏幕向上翻一页，相当于上一页。
3、复制、删除和粘贴指令
cc 删除整行，并且修改整行内容。
dd 删除该行，不提供修改功能。
ndd 删除当前行向下 n行。
x 删除光标所在的字符。
X 删除光标前面的一个字符。
nyy 复制当前行及其下面 n行。
p 粘贴最近复制的内容。

在指令模式下输入“：”进入底行模式，底行常用的命令如下：

x 保存当前文档并且退出。
q 退出。
w 保存文档。
q! 退出 VI/VIM，不保存文档。

另外可以通过 “/ ” 进入另一种底行模式，搜索模式，这样就可以在全局搜索需要查找的内容了。

3.3 Shell脚本

简单的说 Shell就是敲命令。国内把 Linux下通过命令行输入命令叫做“敲命令”，国外人玩的比较洋气，人家叫做“ Shell”。因此以后看到 Shell这个词语第一 反应就是在终端中敲命令，将多个Shell命令按照一定的格式放到一个文本中，那么这个文本就叫做 Shell脚本。

Shell命令的格式如下：

command -options [argument]
command: Shell命令名称。
options：选项，同一种命令可能有不同的选项，不同的选项其实现的功能不同。
argument Shell命令是可以带参数的，也可以不带参数运行。

对于shell命令，这里有一个不错的博客，博主收集了很多指令并按类分好，可以查看。

什么是Shell脚本：
Shell脚本（英语：Shell script），又称Shell命令稿、程序化脚本，是一种电脑程序与文本文件，内容由一连串的shell命令组成，经由Unix Shell直译其内容后运作。被当成是一种脚本语言来设计，其运作方式与直译语言相当，由Unix shell扮演命令行解释器的角色，在读取shell脚本之后，依序运行其中的shell命令，之后输出结果。利用shell脚本可以进行系统管理，文件操作等。

#!/bin/sh

cd ~

mkdir shell_tut

cd shell_tut

 

for ((i=0; i<10; i++)); do

    touch test_$i.txt

done

• 第1行：指定脚本解释器，这里是用/bin/sh做解释器的
• 第2行：切换到当前用户的home目录
• 第3行：创建一个目录shell_tut
• 第4行：切换到shell_tut目录
• 第5行：循环条件，一共循环10次
• 第6行：创建一个test_1…10.txt文件
• 第7行：循环体结束

# 定义变量
name="xxx"
# 使用变量
$name
${name} # 花括号指明边界，因为有的场合变量后面也有字符
# 重定义变量
name="xxx"	# 定义
name="nnn"	# 重定义
# 注释以#开头，没有多行注释，只能一行行加#

# 字符串
	# 单引号
	str='this is a string'
	# 单引号里的任何字符都会原样输出，单引号字符串中的变量是无效的
	# 单引号字串中不能出现单引号（对单引号使用转义符后也不行）
	
	# 双引号
	str="Hello, I know your are \"$your_name\"! \n"
	# 双引号里可以有变量
	# 双引号里可以出现转义字符
	
# 字符串操作
	# 拼接字符串
	name="xxx"
 	greeting="hello, "$name" !"
 	greeting_1="hello, ${name} !"
	echo $greeting $greeting_1
	# 获取字符串长度：
	string="abcd"
	echo ${#string} #输出：4
	# 提取子字符串
	string="alibaba is a great company"
 	echo ${string:1:4} #输出：liba
	# 查找子字符串
	string="alibaba is a great company"
 	echo `expr index "$string" is`#输出：8，这个语句的意思是：找出单词is在这名话中的位置