裁减Linux

发信站: 武汉白云黄鹤站 (2003年01月14日15:36:07 星期二), 站内信件 

小弟近日对Linux进行了小小的裁减，偶有心得，愿大家共享

说到裁减Linux，无非是为了减小磁盘占用或者是为了某些特定场合的应用（如嵌入式系统）。以RedHat 7.3为例，其最小安装仍然达到了300M，这不得不让人对一直号称小而全的Linux系统感到疑惑。

作为自己手中课题的一个铺垫，不久前我尝试了对Linux进行裁减，虽然没有达到预期的一张软盘大小，但结果也相当有吸引力。下面我对此一一做说明。

参考文档：
Linux bootdisk-HOWTO: 
    http://www.linux.org.tw/CLDP/gb/Bootdisk-HOWTO.html

initrd introduce on Linux system: 
   /usr/src/linux-2.4/Documentation/initrd.txt

裁减Linux一般有两种办法，其一是重新生成kernel和文件系统，其二是在原有的系统上删除不必要的文件缩小“体积”

对从一个完整的RedHat 7.3版本而言，其最小安装也有300M，因此，第二个方法是不太现实的。于是重构文件系统和kernel成为了必然。

裁减目标：构成一最小Linux系统担负实验室网关工作，系统载体为硬盘，运行使用RAMDISK，从而减小意外断电造成的文件系统修整消耗提高系统可靠性。

目标平台：P2-400，8G/64M，8139LAN adapt x 2

首先裁减kernel，既然是最小系统，则kernel里所有必须的部件都将直接编译进入内核。但是内核对module的支持需要保留。 

如何编译内核，不再累述，具体说说哪些选项先：
Code maturity level options ---> 不选
Loadable module support ---> 当中的Set version....的可以不要，其他两个留着
Processor type and features ---> 按照目标系统选择对应的Process Family ，其他的嘛，留下Machine Check Exception、Low Latency....、HIGHMEM Support，其余都可以不要 
General setup --->当中，PCI的选上，其他的不要（注意对照你的系统），SYSTEM V IPC、BSD Process accounting、sysctl support留下，Kernel support ELF binary留着，其他的可以不要
Binary emulation of other systems --->
Memory Technology Devices (MTD) --->
Parallel port support --->
以上三项都是可以不要的
Plug and Play configuration ---> 选上，不过如果没有ISA设备，可以不选对ISA P&P的支持（比如我的目标系统）
Block devices --->各取所需了，一般来说，如果你要用软盘，就选上Normal floppy disk support，大多数嵌入式系统是不要的。中间几个也是没有的；Loopback device是一定要的，Network block device我也没把握，可能可以不要不过我选了，呵呵，RAM Disk一定要，Initrd RAM Disk support当然要选。至于Default Ramdisk size就无所谓了，反正可以在启动的时候修改，呵呵。 

Multi-device support (RAID and LVM) ---> 这个一般也用不上，不选了。
Networking options --->既然是打算做网关，呵呵，里面大部分东西都要选上而且是[*]，编译入内核（前面已经说过了，没有编译为模块的）。从上到下一直选到IP: Virtual Server Configuration --->（从这个开始（含），可以不要了）。

需要说明的是，其中的IP: Netfilter Configuration --->子项即便选择全部编译到内核，似乎并没有什么变化，用iptables的时候一样要iptables的.so支持 :( 不过对irc和ftp的跟踪倒是不需要insmod了 

Telephony Support --->
SCSI support --->
Fusion MPT device support --->
I2O device support --->
Amateur Radio support --->
IrDA (infrared) support --->
ISDN subsystem --->
Old CD-ROM drivers (not SCSI, not IDE) --->
上面几个都不用，为什么RedHat那么大，他们有不小的功劳哟~~~

Network device support --->里面找出你目标系统的网卡（我这里是8139）选上，其他的统统去掉吧。 
Input core support --->如果你不是用的USB接口鼠标键盘，可以不用选他们。 
Character devices --->这里面我只选了Virtual Terminal以及Support for console on virtual terminal，其他好多东西都没有选。 
Multimedia devices --->
Crypto Hardware support --->

这两个对一般的最小系统来说都是不用的 

File systems --->这个是内核大小的大头，ext2(Second extended...)是必要的，ext3也用上吧，/proc有必要，DOS FAT/VFAT(win-95)估计你可能也需要，分区表只要支持PC BIOS就可以了，Native Language我把iso8859-1给内置了
console drivers->我只选了VGA text console
Sound --->
USB support --->
Additional device driver support --->
Kernel hacking --->
这几个都没有选，make dep;make clean;make bzImage
看看吧，内核大概是700～800k左右

以前我总以为裁减kernel就是裁减Linux了，后来才发现是大错特错。
以前总以为最难的是裁减kernel，后来才发现自己多么无知。学习裁减内核，大概只用了一两天，编译一次内核也就20分钟不到，可是后来居然重建文件系统花了一两个星期，呜呜~~~

关于文件系统和kernel的关系，从参考文档里面可以知道，大家自己去看。如果连这个都不懂，建议暂时不要做裁减的事情，以为照着我的文章依葫芦画瓢多半是不能成功的。 

首先按照ramdisk的生成方法或者loopback device的生成方法生成一个8M的磁盘挂接到/mnt(或者其他目录）上，就可以以/mnt为根目录构造文件系统。注意将其按照ext2方式格式化
lrwxrwxrwx    1 root     root            4 Dec 28 09:31 bin -> sbin
drwxr-xr-x    5 root     root         1024 Dec 27 13:42 dev
drwxr-xr-x    7 root     root         1024 Jan  6 15:14 etc
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Dec 12 08:33 initrd
drwxr-xr-x    4 root     root         1024 Dec 30 06:52 lib
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Dec 11 07:52 mnt

dr-xr-xr-x   24 root     root            0 Jan  6 15:14 proc
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Dec 26 03:03 root
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Dec 30 07:28 sbin
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Dec 26 03:04 sysroot
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Apr 19  2002 tmp
drwxr-xr-x    3 root     root         1024 Dec 12 07:45 usr
drwxr-xr-x    5 root     root         1024 Dec 12 02:43 var

这几个目录是必须的

先看看bin下面有什么
lrwxrwxrwx    1 root     root            6 Dec 30 07:28 ash -> ./bash
-rwxr-xr-x    1 root     root       541096 Dec 30 07:27 bash
-rwxr-xr-x    1 root     root        16020 Dec 13 08:56 cat
-rwxr-xr-x    1 root     root        16680 Dec 27 15:40 chmod
-rwxr-xr-x    1 root     root        36360 Dec 28 09:10 cp
-rwxr-xr-x    1 root     root        62756 Dec 28 09:25 ftp
-rwxr-xr-x    1 root     root       100624 Dec 28 09:14 grep
-rwxr-xr-x    1 root     root         8672 Dec 26 03:27 halt
-rwxr-xr-x    1 root     root         9624 Dec 28 09:14 hostname
-rwxr-xr-x    1 root     root        54316 Dec 28 09:14 ifconfig
-rwxr-xr-x    1 root     root        26920 Dec 12 02:42 init
-rwxr-xr-x    1 root     root       105768 Dec 27 13:44 ip
-rwxr-xr-x    1 root     root        60764 Dec 28 09:15 iptables
-rwxr-xr-x    1 root     root         7764 Dec 26 17:26 kill
-rwxr-xr-x    1 root     root        19080 Dec 12 02:25 login
-rwxr-xr-x    1 root     root         9172 Dec 11 07:54 losetup
-rwxr-xr-x    1 root     root        46888 Dec 13 08:55 ls
-rwxr-xr-x    1 root     root        10316 Dec 13 08:37 mingetty
-rwxr-xr-x    1 root     root        17992 Dec 27 14:15 mkdir
-rwsr-xr-x    1 root     root        60104 Dec 11 07:54 mount
-rwxr-xr-x    1 root     root        43496 Dec 28 10:02 mv
-rwxr-xr-x    1 root     root        22196 Dec 26 02:09 nash
-rwxr-xr-x    1 root     root        29464 Dec 28 09:49 ping
-r-xr-xr-x    1 root     root        63304 Dec 26 16:57 ps
lrwxrwxrwx    1 root     root            4 Dec 26 03:33 reboot -> halt
-rwxr-xr-x    1 root     root        26216 Dec 26 17:35 rm
lrwxrwxrwx    1 root     root            6 Dec 30 07:28 sh -> ./bash
-rwxr-xr-x    1 root     root        14952 Dec 11 09:44 shutdown
-rwxr-xr-x    1 root     root       219932 Dec 28 10:06 ssh
-rwxr-xr-x    1 root     root       260616 Dec 27 14:04 sshd
lrwxrwxrwx    1 root     root            6 Dec 26 16:48 swapoff -> swapon
-rwxr-xr-x    1 root     root         7108 Apr  1  2002 swapon
-rwxr-xr-x    1 root     root        27208 Dec 27 14:13 syslogd
-rwxr-xr-x    1 root     root        78808 Dec 28 09:30 telnet
-rwsr-xr-x    1 root     root        30664 Dec 27 14:23 umount
-rwxr-xr-x    1 root     root         7832 Dec 12 01:54 update
-rwxr-xr-x    1 root     root       386120 Dec 28 09:13 vi
-rwxr-xr-x    1 root     root        13896 Dec 30 06:53 who

这里面包含了ftp、telnet、ssh客户端以及sshd服务器常用的命令和网络设置命令，iptables防火墙，vi编辑器，shell用的是bash，虽然ash很小但是总是不习惯没有auto complete功能，tcsh不大不小功能又全，可是对一些shell脚本的支持不太好。nash用来解析linuxrc，后面会讲到（如果你看了最前面提到的initrd.txt）也会明白。

接着，用ldd命令看bin目录下面的各个可执行文件分别都和哪些动态库连接把他们cp到/mnt/lib目录下，如用ldd看mv命令，结果如下

   libc.so.6 => /lib/i686/libc.so.6 (0x42000000) 
    /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

把/lib/i686/libc.so.6和/lib/ld-linux.so.2复制到/mnt/lib下面即可。
libc.so.6是基本的libc库，好像不同的处理器还不一样，我就在一台P-MMX下面用P2的libc，结果死掉了。查了半天 :(
iptables命令除了其显示的以外，还要把/lib/iptables目录复制到/mnt/lib下面
/lib/security下面是PAM需要的库，最小系统只需要复制/lib/security下面的pam_unix.so、pam_stack.so到/mnt/lib/security下面即可

/etc下面的东西最是麻烦，要改的不是一点点
/etc/inittab init的配置文件，我改的是这样的： 

id:3:initdefault:
si::sysinit:/etc/rc
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:23:respawn:/sbin/mingetty tty2
l0:0:wait:/etc/rc0
l6:6:wait:/etc/rc6 

呵呵，简单吧 

/etc/fstab记录系统启动应该mount的文件系统，因为系统在ramdisk上面跑，所以是这样的: 

/dev/ram0               /                       ext2    defaults        1 0
none                    /proc                   proc    defaults        0 0

从inittab里面知道，启动后执行脚本/etc/rc我是这样写的： 

#!/bin/sh
/bin/mount -n -t proc /proc /proc
/bin/mount -n -o remount,rw /
/bin/mount -av
/bin/hostname MiniLinux
/etc/rc.network
/etc/rc.firewall
/bin/sshd 

第一行mount /proc，第二行把根remount为rw模式（漏了这个害得我查了两三天），第三行检查fstab里面是否还有其他的需要mount的分区，第四行设置主机名，后面分别根据脚本设置网络和防火墙，最后开启sshd服务。

设置网络在最小系统里面再也不是像/etc/init.d/network start那么简单，
呵呵，其实也不麻烦。通过命令ip、ifconfig可以很方便的设置。例如rc.network为： 

#!/bin/sh
/bin/ifconfig eth0 192.168.0.254
/bin/ifconfig eth1 211.69.200.1
/bin/ip route add default via 211.69.200.2 dev eth1
/bin/ip route replace 192.168.0.0/24 dev eth0 scope link
/bin/ip route replace 211.69.200.0/24 dev eth1 scope link 

前两行设置ip地址，第三行设置缺省网关，后面两行更改本网路由。 

rc.firewall的写法大家可以自己参照iptables的HOWTO去完成 

/etc/passwd,/etc/shadow,/etc/group记录有系统帐号信息，在最小系统上，我只留了root组（用户）的信息。

裁减Linux过程中，PAM是一个很关键的部分，由于资料不多，很多人束手无策。 

如果仅仅要使用最小系统，从console登陆需要修改/etc/pam.d/login，从ssh 上来修改/etc/pam.d/sshd，不妨复制系统原来的配置文件略作修改/etc/pam.d/login为 

#%PAM-1.0
auth       required     /lib/security/pam_stack.so service=system-auth
account    required     /lib/security/pam_stack.so service=system-auth
password   required     /lib/security/pam_stack.so service=system-auth
session    required     /lib/security/pam_stack.so service=system-auth
 
/etc/pam.d/sshd和login的内容一样。从其可知它们调用了system-auth这个服务，则还需要/etc/pam.d/system-auth，内容为： 

#%PAM-1.0
# This file is auto-generated.
# User changes will be destroyed the next time authconfig is run.
auth        sufficient    /lib/security/pam_unix.so likeauth nullok
account     required      /lib/security/pam_unix.so
password    sufficient    /lib/security/pam_unix.so nullok  md5 shadow
session     required      /lib/security/pam_unix.so

关机和重启

关机和重启在完整的Linux下面是有很长的脚本支持的，就像启动脚本/etc/rc.sysinit 等等。但是在最小系统上面，这些都需要自己来写，复制原有系统的肯定不行。 

不过从前面/etc/inittab里面可以知道，最小系统上面reboot执行的是/etc/rc6，关机是/etc/rc0，如果不需要“善后”，则很简单，rc6如下： 

[root@MiniLinux etc]# cat rc6
/sbin/reboot -i -d 

rc0则为：
[root@MiniLinux etc]# cat rc0
/sbin/halt -i -d -p 

整个etc目录下的东西列表大致为：
[root@MiniLinux etc]# ll
total 891
-rw-r--r--    1 root     root         6639 Apr 19  2002 fonts.cgz
-rw-r--r--    1 root     root          109 Dec 30 06:19 fstab
-rw-r--r--    1 root     root           14 Dec 14 00:10 group
-rw-r--r--    1 root     root          146 Dec 27 15:41 inittab
-rw-------    1 root     root           60 Jan  6 15:14 ioctl.save
-rw-r--r--    1 root     root           57 Dec 12 01:26 issue
-rw-r--r--    1 root     root        28436 Apr 19  2002 keymaps.gz
-rw-r--r--    1 root     root         3758 Apr 19  2002 kon.cfg
-rw-r--r--    1 root     root         1281 Apr 19  2002 lang-table
-rw-r--r--    1 root     root         1320 Dec 30 06:55 ld.so.cache
-rw-r--r--    1 root     root           18 Dec 12 07:53 ld.so.conf
-rw-r--r--    1 root     root        54692 Apr 19  2002 loader.tr
-rw-r--r--    1 root     root         1180 Dec 23 09:07 login.defs
-rw-r--r--    1 root     root        30303 Apr 19  2002 minikon.fnt
-rw-r--r--    1 root     root            0 Dec 13 23:39 mtab
-rw-r--r--    1 root     root          270 Dec 23 04:03 nsswitch.conf
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Dec 30 04:48 pam.d
-rw-r--r--    1 root     root           28 Dec 30 06:29 passwd
-rwxr-xr-x    1 root     root          401 Dec 30 07:43 profile
-rw-r--r--    1 root     root        12359 Apr 19  2002 ramfs.img
lrwxrwxrwx    1 root     root            7 Dec 26 03:03 rc -> rc.d/rc
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Dec 27 15:33 rc.d
-rwxr-xr-x    1 root     root         2631 Jan  6 02:18 rc.firewall
-rwxr-xr-x    1 root     root          246 Jan  6 02:17 rc.network
-rwxr-xr-x    1 root     root           20 Dec 27 15:38 rc0
-rwxr-xr-x    1 root     root           19 Dec 27 15:39 rc6
-r--------    1 root     root           59 Dec 30 06:20 shadow
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Dec 26 06:37 ssh
-rw-r--r--    1 root     root       737535 Dec 23 10:18 termcap 

其中目录ssh为sshd的配置文件，复制原来机器上的即可。其他的大部分文件都是按照HOWTO上面提到的一些必备文件复制的。 

nsswitch.conf是系统寻找一些配置文件的配置文件，呵呵，很拗口，man nsswitch.conf看看吧，稍作修改为：
[root@MiniLinux /]# cat etc/nsswitch.conf
passwd:     files
shadow:     files
group:      files
hosts:      files
services:   files
networks:   files
protocols:  files
rpc:        files
ethers:     files
netmasks:   files
bootparams: files
automount:  files
aliases:    files
netgroup:   files
publickey:  files 
 

profile文件是bash shell的登陆脚本，主要为了限制历史命令记录大小 

[root@MiniLinux etc]# cat profile
# /etc/profile
# System wide environment and startup programs, for login setup
# Functions and aliases go in /etc/bashrc
HISTSIZE=1000
HISTFILESIZE=20
PATH=/bin
PS1='[/u@/h /W]/$ '
HOSTNAME='/bin/hostname'
export PATH HISTSIZE HISTFILESIZE HOSTNAME PS1
alias l.='ls -d .[a-zA-Z]* --color=tty'

alias ll='ls -l --color=tty'
alias ls='ls --color=tty'
alias rm='rm -i'
alias cp='cp -i'
alias mv='mv -i'

关于/dev目录 

完整linux的/dev目录下有很多设备文件，不过仔细辨别一下就会发现很多其实
用不上。我列出在我的最小Linux下面用到的设备文件：
[root@MiniLinux dev]# ls
agpgart  hda   hda6     input  loop3     psaux  ptyp3  ram3  tty3   ttyp4
console  hda1  hda7     kbd    loop4     ptmx   ptyp4  ram4  tty4   urandom
fb       hda2  hda8     kmem   loop5     pts    ram    shm   ttyp0  zero
fb0      hda3  hda9     loop0  mem       ptyp0  ram0   tty0  ttyp1
fd0      hda4  initctl  loop1  null      ptyp1  ram1   tty1  ttyp2
fd1      hda5  initrd   loop2  openprom  ptyp2  ram2   tty2  ttyp3

其中input、shm、pts是目录，似乎是系统自己生成的，fb连接到fb0，ram连接到ram0 ，关于硬盘的保留了hda?，loop[0-5]用于支持回环设备（loopback devices)，tty[0-4]用于支持主机直接操作，ttyp[0-4] & ptyp[0-4]用于共同支持ssh登陆，ram?用于支持虚拟盘，urandom是sshd服务必须的设备。

所有的设备文件均可以用cp -dpR从原系统的/dev目录下复制过来。

关于linuxrc
linuxrc是一个在initrd.img里面展开后直接自动执行的一个脚本。关于这个脚本的用途，建议大家读一下/usr/src/linux-2.4/Documentation/initrd.txt，我也是直接把系统提供的initrd-2.4.18-3.img里面带的linuxrc拿来用而已：
[root@MiniLinux /]# cat linuxrc
#!/bin/nash
echo Mounting /proc filesystem
mount -t proc /proc /proc
echo Creating root device
mkrootdev /dev/root
echo 0x0100 > /proc/sys/kernel/real-root-dev
echo Mounting root filesystem
mount --ro -t ext2 /dev/root /sysroot
umount /proc
pivot_root /sysroot /sysroot/initrd 

注意，它用的shell是/bin/nash，而不是通常用的/bin/sh，大家man nash可以看到很多有意思的东西。

最后的一些工作 

当你把一个文件虚拟为一个磁盘并挂接在系统上，复制了需要的可执行文件、库文件、配置文件并做了必要的修改之后，一个文件系统基本上已经成形了。
前面列出的最小系统的目录，如果没有特别提到都是留空的。这里要说的，最后的工作就是如何把kernel和文件系统结合起来。 

我看到过很多讲一张或者两张软盘启动的linux，里面都提到用rdev定位文件系统，还要如何如何算。我是看明白了，不过觉得特别繁琐，就投机取巧了一番。 

首先假定刚才我们挂载的根文件系统是挂载到现在的/mnt目录下，文件名是/root/newfs则首先umount 

#umount /root/newfs 

接着将newfs压缩 

#gzip -v9 /root/newfs 

此时会生成newfs.gz，接着rename: 

#mv newfs.gz newfs.img 

把它和前面编译的内核bzImage放到/boot目录下去。 

我用的Linux引导器是grub。为什么不用LILO？我基本上没有用过LILO，是出道很晚很晚的Linux使用者，从grub的介绍上我发现它比LILO功能强很多，使用新内核不需要像grub那样重新安装，而且内置支持一些常见的文件系统。 

看看/boot/grub/grub.conf吧，在其中增加一段：
title Test Combine
        root (hd0,4)
        kernel /bzImage ro ramdisk_size=8192 root=/dev/ram0
        initrd /newfs.img
 
当然，你不可照抄我的配置，需要按照你的系统更改root (hd?,?)，如果你建立的文件系统（未压缩前）容量是其他数值的，请用合适的值替代8192，单位是KB（还记得我前面说过的编译内核的时候不需要刻意更改缺省ramdisk容量吗？就在这里指定即可） 

好了，可以试试裁减以后的系统了。大概有多大呢？我裁减出来的系统内核大约是<800k，文件系统8M，压缩成.img的是约3M，很小吧。

感想 及 说明 

先说说这个最小Linux的启动过程。grub将内核载入以后，让内核将newfs.img载入内存并展开（自动展开到/dev/ram0）为临时根文件系统，此时执行/linuxrc，在linuxrc中又指定了新的文件系统。接着内核按照grub带入的参数root=/dev/ram0作为根文件系统正式init，此时/dev/ram0中的内容正是newfs.img的内容(如果你仔细观察的话，会发现完整linux启动过程中有Unmounting initrd....的字样，说明initrd.img是在进入init脚本的过程中才被卸载的），按照/etc/inittab脚本执行，缺省为runlevel 3，执行/etc/rc，最后由mingetty启动login完成引导。 

我个人感觉，/linuxrc里面的脚本似乎对内核正式init时的根分区指定没有多少影响，并不像/usr/src/linux-2.4/Documentation/initrd.txt里面linuxrc例子那样要求严格。好像决定正式init根分区的是由grub带入内核的参数root=... 来决定的更多。有经验的大侠请多指点。 

经过这次实验，感受颇多。首先对linux引导过程以及/etc下面的很多配置文件有了深入了解。Linux可改变的弹性很大，不过也需要大家沉得住气，慢慢去研究，man、HOWTO等等是少不了看的，第一手的资料还是man和英文HOWTO最权威，其次，缩减以后的大小让人非常振奋，裁减以后，系统加载重启登陆的速度都变得非常快，很多东西简直就是一眨眼就过去了。 

文末，感谢各位耐心看完，不对之处请斧正。本人也是linux的新手，万望海涵。