[busybox] busybox生成一个最精简rootfs(上)

这篇文章是承接着[rootfs]用busybox做一个rootfs(根文件系统)来的，再回看这篇我很久之前写的文章的时候，有一个问题出现在我的脑海中，创建了这个文件那个文件，但确实是每个文件都是必需的吗？

这篇文章我们就来讨论下这个问题。

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1 busybox

当我们讨论精简文件问题的时候，busybox由于是直接编译出来的，我们暂且认为编译出来的所有binary都是必需的。

2 只有busybox行不行

busybox提供了rootfs所必须的文件，但是linux boot到最后的时候还会寻找root= 或者 init=，所以我们还需要这么一个文件告诉kernel一些必要的信息。
在这里我们把bootargs设为bootargs=console=ttyS0,115200 earlycon=sbi init=/sbin/init。
但是实际上启动的时候会进不了console

3 考虑添加一个init文件

在这里我们先不去探讨为什么直接设置init=/sbin/init会卡住，这个牵涉到linux启动的一些话题，后面再讨论。
我们只是简单地添加一个init文件，同时，修改bootargs
bootargs=console=ttyS0,115200 earlycon=sbi init=/init
内容如下，不要忘记修改权限$ chmod 0777 init

#!/bin/sh

PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin

do_mount_fs() {
    grep -q "$1" /proc/filesystems || return
    test -d "$2" || mkdir -p "$2"
    mount -t "$1" "$1" "$2"
}

do_mknod() {
    test -e "$1" || mknod "$1" "$2" "$3" "$4"
}

mkdir -p /proc
mount -t proc proc /proc

do_mount_fs sysfs /sys
do_mount_fs devtmpfs /dev
do_mount_fs devpts /dev/pts
do_mount_fs tmpfs /dev/shm

mkdir -p /run
mkdir -p /var/run

do_mknod /dev/console c 5 1
do_mknod /dev/null c 1 3
do_mknod /dev/zero c 1 5

# use the /dev/console device node from devtmpfs if possible to not
# confuse glibc's ttyname_r().
# This may fail (E.G. booted with console=), and errors from exec will
# terminate the shell, so use a subshell for the test
if (exec 0</dev/console) 2>/dev/null; then
    exec 0</dev/console
    exec 1>/dev/console
    exec 2>/dev/console
fi

exec /sbin/init "$@"

这时我们发现已经可以进console了。

但是会有一个讨厌的提示：

can't run '/etc/init.d/rcS': No such file or directory

4 /sbin/init 做了什么

加载内核后，它会立即初始化和配置计算机的内存，并配置连接到系统的各种硬件，包括所有处理器、I/O 子系统和存储设备。 然后内核创建一个根设备，以只读方式挂载根分区，并释放所有未使用的内存。此时，内核被加载到内存中并开始运行。

然而，由于没有用户应用程序允许对系统进行有意义的输入，因此系统无法完成很多工作。为了设置用户环境，内核执行/sbin/init 程序。

/sbin/init 程序（也称为 init）协调引导过程的其余部分并为用户配置环境，即pid=1的进程，运行在内核态，也是唯一一个没有通过fork()或者kernel_thread()创建的进程。当 init 命令启动时，它成为系统上自动启动的所有进程的父进程或祖父进程。
下面从代码来看init做了什么：
busybox/1.36.0/source/init/init.c#L1058

#if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
	sigaddset(&G.delayed_sigset, SIGHUP);  /* reread /etc/inittab */
#endif
......
check_delayed_sigs(&G.zero_ts);
	--> reload_inittab();
		--> parse_inittab();

再来看解析parse_inittab函数的实现：

/* NOTE that if CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB is NOT defined,
 * then parse_inittab() simply adds in some default
 * actions (i.e., runs INIT_SCRIPT and then starts a pair
 * of "askfirst" shells).  If CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB
 * _is_ defined, but /etc/inittab is missing, this
 * results in the same set of default behaviors.
 */
static void parse_inittab(void)
{
#if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
	char *token[4];
	parser_t *parser = config_open2("/etc/inittab", fopen_for_read);

	if (parser == NULL)
#endif
	{
		/* No inittab file - set up some default behavior */
		/* Sysinit */
		new_init_action(SYSINIT, INIT_SCRIPT, "");		// --> # define INIT_SCRIPT  "/etc/init.d/rcS"
		/* Askfirst shell on tty1-4 */
		new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, "");
//TODO: VC_1 instead of ""? "" is console -> ctty problems -> angry users
		new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_2);
		new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_3);
		new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_4);
		/* Reboot on Ctrl-Alt-Del */
		new_init_action(CTRLALTDEL, "reboot", "");
		/* Umount all filesystems on halt/reboot */
		new_init_action(SHUTDOWN, "umount -a -r", "");
		/* Swapoff on halt/reboot */
		new_init_action(SHUTDOWN, "swapoff -a", "");
		/* Restart init when a QUIT is received */
		new_init_action(RESTART, "init", "");
		return;
	}

#if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
	/* optional_tty:ignored_runlevel:action:command
	 * Delims are not to be collapsed and need exactly 4 tokens
	 */
	while (config_read(parser, token, 4, 0, "#:",
				PARSE_NORMAL & ~(PARSE_TRIM | PARSE_COLLAPSE))) {
		/* order must correspond to SYSINIT..RESTART constants */
		static const char actions[] ALIGN1 =
			"sysinit\0""wait\0""once\0""respawn\0""askfirst\0"
			"ctrlaltdel\0""shutdown\0""restart\0";
		int action;
		char *tty = token[0];

		if (!token[3]) /* less than 4 tokens */
			goto bad_entry;
		action = index_in_strings(actions, token[2]);
		if (action < 0 || !token[3][0]) /* token[3]: command */
			goto bad_entry;
		/* turn .*TTY -> /dev/TTY */
		if (tty[0]) {
			tty = concat_path_file("/dev/", skip_dev_pfx(tty));
		}
		new_init_action(1 << action, token[3], tty);
		if (tty[0])
			free(tty);
		continue;
 bad_entry:
		message(L_LOG | L_CONSOLE, "Bad inittab entry at line %d",
				parser->lineno);
	}
	config_close(parser);
#endif
}

根据上面的code flow，我们还需要创建一个/etc/inittab，如果不存在这个的话它会去找/etc/rcS等文件，说明如下：

# Note: BusyBox init works just fine without an inittab. If no inittab is
# found, it has the following default behavior:
#   ::sysinit:/etc/init.d/rcS
#   ::askfirst:/bin/sh
#   ::ctrlaltdel:/sbin/reboot
#   ::shutdown:/sbin/swapoff -a
#   ::shutdown:/bin/umount -a -r
#   ::restart:/sbin/init
#   tty2::askfirst:/bin/sh
#   tty3::askfirst:/bin/sh
#   tty4::askfirst:/bin/sh

5 inittab文件

busybox已经提供了一个example，这里我们直接拿过来，注意需要修改一下，因为我们没打算用账号密码登录，如果有必要，可以创建/etc/passwd文件，但是密码不是明文存储的，有兴趣的读者可以研究一下。
我们直接把这个文件夹都copy过来，
busybox-1.36.0/examples/bootfloppy/etc/inittab

::sysinit:/etc/init.d/rcS
# ::respawn:-/bin/sh		# -->注掉这一行，开机不需要登录
console::askfirst:-/bin/sh
::ctrlaltdel:/bin/umount -a -r

6 /etc/init.d/rcS

rcS也有一个example，内容如下

#! /bin/sh

/bin/mount -a

还有一种写法，就比较灵活了

#!/bin/sh


# Start all init scripts in /etc/init.d
# executing them in numerical order.
#
for i in /etc/init.d/S??* ;do

     # Ignore dangling symlinks (if any).
     [ ! -f "$i" ] && continue

     case "$i" in
	*.sh)
	    # Source shell script for speed.
	    (
		trap - INT QUIT TSTP
		set start
		. $i
	    )
	    ;;
	*)
	    # No sh extension, so fork subprocess.
	    $i start
	    ;;
    esac
done

这种写法会遍历/etc/init.d/下所有S打头的配置文件，可以在这里做网络或者其他一些东西的初始化。

7 /etc/profile

/etc/profile文件主要设置一些全局环境变量之类的。

# /etc/profile: system-wide .profile file for the Bourne shell (sh(1))
# and Bourne compatible shells (bash(1), ksh(1), ash(1), ...).
 
if [ "${PS1-}" ]; then
  if [ "${BASH-}" ] && [ "$BASH" != "/bin/sh" ]; then
    # The file bash.bashrc already sets the default PS1.
    # PS1='\h:\w\$ '
    if [ -f /etc/bash.bashrc ]; then
      . /etc/bash.bashrc
    fi
  else
    if [ "`id -u`" -eq 0 ]; then
      PS1='# '
    else
      PS1='$ '
    fi
  fi
fi
 
if [ -d /etc/profile.d ]; then
  for i in /etc/profile.d/*.sh; do
    if [ -r $i ]; then
      . $i
    fi
  done
  unset i
fi

8 /etc/fstab

/etc/fstab文件主要设置一些文件系统的挂载点之类的。

# stock fstab - you probably want to override this with a machine specific one

proc                 /proc                proc       defaults              0  0
devpts               /dev/pts             devpts     mode=0620,ptmxmode=0666,gid=5      0  0
tmpfs                /run                 tmpfs      mode=0755,nodev,nosuid,strictatime 0  0

# uncomment this if your device has a SD/MMC/Transflash slot
#/dev/mmcblk0p1       /media/card          auto       defaults,sync,noauto  0  0

更多内容请参考本文的下篇：
[busybox] busybox生成一个最精简rootfs(下)

Reference:

1. 1.2. A Detailed Look at the Boot Process
2. busybox启动流程简单解析：从init到shell login
3. Bash PS1 customization examples
4. How to Change / Set up bash custom prompt (PS1) in Linux