Linux kernel的定制与微型linux系统实现

Linux kernel的定制与微型linux系统实现

实验与实验环境介绍

     通过vmware workstation10 软件，实现inux kernel的定制，并用这个定制的kernel 结合 busybox做成一个微型的linux系统，同时添加dropbear实现sshd服务。

     实验环境：

    实验过程简单描述：

    1.1)在宿主机Test02上添加2G全新磁盘TTT.vmdk(.vmdk是vmware 虚拟机软件的专用的磁盘文件格式),划分为2个分区：分区A挂载至宿主机/mnt/boot目录下（挂载点目录名一定为boot，牵涉到grub程序的安装），用于安装grub和放置kernel，用于启动分区。分区B挂载至宿主机/mnt/sysroot下，给其移植编译好busybox，dropbear，nginx和相应的启动脚本文件。

      wKioL1VgMtKicuEgAAKGmwYzGeE144.jpg

      1.2)挂起宿主机Test02，让测试机Test64加载TTT.vmdk磁盘做为系统盘启动。

wKioL1VgNNeT644QAAI84X2XLhc274.jpg

    1.3)检查测试机Test64上linux是否正常启动，sshd和nginx是否提供服务。

    实验可能会出现的问题与疑问：

     上述TTT.vmdk磁盘在2个虚拟机上都被加载使用，在2台机器间测试切换时，会出现磁盘文件系统错误，需重做分区文件系统，当然做好使用cpio命令将已有数据copy出来，在下文第七项中提供有恢复文件系统的脚本。

      因为Test02与Test都是同一个vmware workstation软件虚拟出的机器，因此不存在硬件平台差异，不存在需要交叉编译的情况，应用程序可直接互相移植使用。

 centos 6.6上系统的启动流程

      主板POST加电自检

      根据BIOS中boot sequence的设定寻找第一可启动设备

      启动第一个可引导启动设备的MBR 中的bootloader(通常为grub，完成1,1.5,2三个部分的加载）

      加载并展开 kernel，根据ramdisk的协助，完成根文件系统的只读加载，识别和启动硬件         

      启动第一个系统进程/sbin/init，设定默认运行级别,使用/etc/rc.d/rc.sysinit脚本进行系统初始化   

      分别关闭和启动对应级别的所有服务

      启动字符终端

      启动图形终端(如果默认级别为5

      显示登录提示；         

        注意：

            (1) CentOS 6的init程序为upstart，其配置文件为/etc/init/*.conf；此些配置遵循upstart语法格式进行编程； 

            (2) CentOS 6的服务控制事实上大多数并没有使用upstart脚本来控制，而依然使用的是SysV风格的脚本；   

       在这个实验中验证2.3)~2.9)的过程。

启动分区设置：

    3.1)在宿主机Test02上对TTT.vmdk磁盘进行分区和格式化

    wKiom1VgN6Pjyl0jAATF6FiMddI467.jpg

[root@Test02 ~]# fdisk /dev/sdb

wKiom1VgOEbTgefoAAKDFtF0jrE628.jpg

分别格式化为ext4 文件系统：

      **一定要记住这里的文件系统类型，后边指定kernel支持的文件系统类型时要用到。

[root@Test02 ~]# mke2fs -t ext4 /dev/sdb1

[root@Test02 ~]# mke2fs -t ext4 /dev/sdb2

wKioL1VgOtyAyL1NAAJS99qqakc639.jpg

    3.2）建立挂载点：

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#建立挂载点/mnt/boot用于挂载/dev/sdb1

#/dev/sdb1是用于测试机Test64的启动分区使用，需要安装grub，故这里的挂载点名必须为boot。

#/dev/sdb2是用于测试机Test64的根分区使用。

[root@Test02 ~]# mkdir /mnt/{boot,sysroot}

[root@Test02 ~]# mount -t ext4 /dev/sdb1 /mnt/boot

[root@Test02 ~]# mount -t ext4 /dev/sdb2 /mnt/sysroot/

[root@Test02 ~]# tree /mnt

/mnt

├── boot

│   └── lost+found

└── sysroot

    └── lost+found

4 directories, 0 files

[root@Test02 ~]#

    3.3)给/dev/sdb1安装grub

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[root@Test02 ~]# grub-install --root-directory=/mnt /dev/sdb

Probing devices to guess BIOS drives. This may take a long time.

Installation finished. No error reported.

This is the contents of the device map /mnt/boot/grub/device.map.

Check if this is correct or not. If any of the lines is incorrect,

fix it and re-run the script `grub-install‘.

(fd0)    /dev/fd0

(hd0)    /dev/sda

(hd1)    /dev/sdb

[root@Test02 ~]#

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[root@Test02 ~]# tree /mnt/boot

/mnt/boot

├── grub

│   ├── device.map

│   ├── e2fs_stage1_5

│   ├── fat_stage1_5

│   ├── ffs_stage1_5

│   ├── iso9660_stage1_5

│   ├── jfs_stage1_5

│   ├── minix_stage1_5

│   ├── reiserfs_stage1_5

│   ├── stage1

│   ├── stage2

│   ├── ufs2_stage1_5

│   ├── vstafs_stage1_5

│   └── xfs_stage1_5

└── lost+found

2 directories, 13 files

[root@Test02 ~]#

到此刻启动分区还是不完整的因为缺少kernel和grub的启动配置文件。

定制kernel：

    4.1)指定定制思路

      在这个实验中将kernel的必要功能直接做进内核，而不是将功能做成模块。暂时在微型linux系统中用不到的功能暂且不做任何处理。

      这样在启动微型linux时就不需要ramdisk给kernel提供支持。

    4.2)观察宿主机硬件平台类型

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[root@Test02 linux]# lspci | egrep --color ‘(Ethernet|SCSI|PCI)‘

00:01.0 PCI bridge: Intel Corporation 440BX/ZX/DX - 82443BX/ZX/DX AGP bridge (rev 01)

00:10.0 SCSI storage controller: LSI Logic / Symbios Logic 53c1030 PCI-X Fusion-MPT Dual Ultra320 SCSI (rev 01)

00:11.0 PCI bridge: VMware PCI bridge (rev 02)

00:15.0 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:15.1 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:15.2 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:15.3 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:15.4 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:15.5 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:15.6 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:15.7 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:16.0 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:16.1 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:16.2 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:16.3 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:16.4 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:16.5 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:16.6 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:16.7 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:17.0 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:17.1 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:17.2 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:17.3 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:17.4 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:17.5 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:17.6 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:17.7 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:18.0 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:18.1 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:18.2 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:18.3 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:18.4 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:18.5 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:18.6 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

00:18.7 PCI bridge: VMware PCI Express Root Port (rev 01)

02:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82545EM Gigabit Ethernet Controller (Copper) (rev 01)

02:01.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82545EM Gigabit Ethernet Controller (Copper) (rev 01)

02:02.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82545EM Gigabit Ethernet Controller (Copper) (rev 01)

02:03.0 Multimedia audio controller: Ensoniq ES1371 / Creative Labs CT2518 [AudioPCI-97] (rev 02)

#可以观察到网卡为Inter Gigabit Ethernet

#SCSI控制器类型为：LSI,MPT

#总线为PCI总线

需要上述观察结果制定出kernel支持的功能：

      将kernel功能直接做进内核

      CPU类：

           64位kernel

           指定cpu类型

            支持内核模块卸载

      总线类：

              总线中支持PCI总线 

       对设备的支持：

             支持scsi驱动和scsi硬盘

             支持Fusion MPT device

             支持键盘和鼠标做为输入设备

             支持USB2.0功能

       对文件系统和二进制程序支持：

              支持ext4文件系统

               支持ELF格式的二进制文件

       对网络的支持：

              支持TCP/IP协议栈

               支持inter Gigabit网卡

 清空kernel默认的设定，所需功能挨个定制

[root@Test02 linux]# make allnoconfig

  HOSTCC  scripts/basic/fixdep

  HOSTCC  scripts/kconfig/conf.o

  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.tab.c

  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.lex.c

  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.hash.c

  HOSTCC  scripts/kconfig/zconf.tab.o

  HOSTLD  scripts/kconfig/conf

scripts/kconfig/conf --allnoconfig Kconfig

#

# configuration written to .config

#

[root@Test02 linux]#

#要保证宿主机上已安装有下列开发组件：

    "Server Platform Development"

    "Development tools"

 使用tab键选择-->save保存设定

 使用tab键选择-->exit选择退出

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#进行编译，保存为bzip2压缩的文件，名为bzImage

[root@Test02 linux]# make bzImage

Setup is 13628 bytes (padded to 13824 bytes).

System is 2092 kB

CRC 4e20c446

Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready  (#1)

[root@Test02 linux]#

         4.4)复制内核至/mnt/boot目录下并提供grub文件

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[root@Test02 linux]# cp -a arch/x86/boot/bzImage  /mnt/boot/

[root@Test02 linux]# cd /mnt/boot

[root@Test02 boot]# ls

bzImage  grub  lost+found

[root@Test02 boot]# cd grub/

[root@Test02 grub]# vim grub.conf

timeout=3

default=0

title  PirateLi

        root (hd0,0)

        kernel /bzImage ro root=/dev/sda2 init=/bin/bash

        4.5)提供/mnt/sysroot下的必要的目录和程序用于测试内核

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[root@Test02 sysroot]# pwd/mnt/sysroot

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[root@Test02 sysroot]# vi /mnt/sysroot/sbin/init

#!/bin/bash

echo -e "\tWeclome to \033[31;1mPirateLi Home\033[0m"

mount -n -t proc proc /proc

mount -n -t sysfs sysfs /sys

mount -n -t devtmpfs none /dev/

mount -n -o remount,rw /dev/sda2 /

/bin/bash

[root@Test02 sysroot]# chmod +x /mnt/sysroot/sbin/init

[root@Test02 sysroot]# sync

[root@Test02 sysroot]# sync

[root@Test02 sysroot]# sync

[root@Test02 sysroot]# sync

        4.6)挂起宿主机，启动测试机并观察

*注意不要在宿主机和测试机之间切换过快

wKiom1VgVy_RzunDAAN5JMuVG8Q893.jpg

 但是不能通过命令关机，只能强制关机

五 编译busybox提供微linux的‘身体‘

    5.1)安装glibc-static和glibc-util

#不安装这两个包很难讲程序编译为静态连接库文件

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[root@Test02 source]# yum -y install glibc-static glibc-utils

    5.2)编译busybox

*注意要将busybox依赖的库文件编译为静态链接库

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[root@Test02 source]# tar -xf busybox-1.22.1.tar.bz2 

[root@Test02 source]# cd busybox-1.22.1[root@Test02 busybox-1.22.1]# make menuconfig

Busybox Settings

    -->Build Options

        --->[*]Build BusyBox as a static binary (no shared libs)

[root@Test02 busybox-1.22.1]# make && make install

**这样的话busybox默认安装在解压目录的_install中

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[root@Test02 busybox-1.22.1]# ls _install/

bin  linuxrc  sbin  usr

[root@Test02 busybox-1.22.1]#

    5.3)清整/mnt/sysroot

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#清理/mnt/sysroot

[root@Test02 mnt]# pwd

/mnt

[root@Test02 mnt]# fuser -km sysroot

/sysroot/:             2242c

[root@Test02 mnt]# umount sysroot/

[root@Test02 mnt]# mke2fs -t ext4 /dev/sdb2

[root@Test02 mnt]# mount /dev/sdb2 /mnt/sysroot/

[root@Test02 sysroot]# ls

lost+found

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#复制busybox至/mnt/sysroot下并创建不存在的目录

[root@Test02 sysroot]# cp -a /root/source/busybox-1.22.1/_install/* .

[root@Test02 sysroot]# ls

bin  linuxrc  lost+found  sbin  usr

[root@Test02 sysroot]# rm -rf linuxrc 

[root@Test02 sysroot]# for i in $(ls /);do [ -d /mnt/sysroot/$i ]|| mkdir /mnt/sysroot/$i ;done

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[root@Test02 sysroot]# ls

bin   dev  home  lib64       media  mnt  opt   root  selinux  sys  usr

boot  etc  lib   lost+found  misc   net  proc  sbin  srv      tmp  var

       5.4）提供/mnt/sysroot/etc/inittab文件

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[root@Test02 sysroot]# cd etc

[root@Test02 etc]# ls

[root@Test02 etc]# touch inittab

[root@Test02 etc]# vim inittab

#使用init加载/etc/rc.d/rc.sysinit初始化系统

::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

#开启3个虚拟控制台，这是busybox的写法，不要问why

tty1::askfirst:/bin/sh

tty2::askfirst:/bin/sh

tty3::askfirst:/bin/sh

#定义ctrl+alt+delete为重启系统快捷键

::ctrlaltdel:/sbin/reboot

#关机之前先卸载已挂载的文件系统

::shutdown:/bin/umount -a -r

        5.5)提供/mnt/sysroot/etc/rc.d/rc.sysinit文件用户初始化系统

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[root@Test02 sysroot]# cd etc

[root@Test02 etc]# mkdir rc.d

[root@Test02 etc]# touch rc.d/rc.sysinit

[root@Test02 etc]# chmod +x rc.d/rc.sysinit 

[root@Test02 etc]# vim rc.d/rc.sysinit

#!/bin/sh

echo -e "\t Welcome to \033[31;1mPriate Li Home\033[0m"

mount -t proc proc /proc

mount -t sysfs sysfs /sys

mount -t devtmpfs none /dev

mount -n -o remount,rw /dev/sda2  /

/sbin/mdev -s

        5.6)修改/mnt/boot/grub/grub.conf文件

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[root@Test02 etc]# vim /mnt/boot/grub/grub.conf 

timeout=3

default=0

title  PirateLi        

    root (hd0,0)        

    kernel /bzImage ro root=/dev/sda2 init=/sbin/init

        5.7)宿主机同步后挂起，启动测试机

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[root@Test02 etc]# sync

[root@Test02 etc]# sync

wKiom1VgZ8GDt5t4AAPZmHAOJLE096.jpg

            现在敲回车就可进入，使用命令poweroff进行关机

            5.8)启动网络，设定lo和eth0网卡地址和主机名

 使用poweroff命令关闭测试机，进入宿主机

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[root@Test02 ~]# cd /mnt/sysroot/

[root@Test02 sysroot]# vim etc/rc.d/rc.sysinit

#!/bin/sh

echo -e "\t Welcome to \033[31;1mPriate Li Home\033[0m"

mount -t proc proc /proc

mount -t sysfs sysfs /sys

mount -t devtmpfs none /dev

mount -n -o remount,rw /dev/sda2   /

/sbin/mdev -s

#设定ifconfig命令启动lo 和eth0 网卡

/sbin/ifconfig lo 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0 up

/sbin/ifconfig eth0 192.168.100.30 netmask 255.255.255.0 up

#设定主机名

[ -r /etc/sysconfig/network ]&&source /etc/sysconfig/network

[ -n $HOSTNAME ]&&/bin/hostname $HOSTNAME || /bin/hostname localhost

            5.9)编写/mnt/sysroot/etc/sysconfig/network文件

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[root@Test02 sysroot]# mkdir etc/sysconfig

[root@Test02 sysroot]# vim etc/sysconfig/network

HOSTNAME=Test64.lijun.com

            5.10)编写/etc/fstab文件挂载文件系统

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[root@Test02 sysroot]# vim etc/fstab

[root@Test02 sysroot]# vim etc/fstab

/dev/sda1       /boot   ext4    defaults 0 0 

/dev/sda2       /       ext4    defaults 0 0 

proc    /proc   proc    defaults 0 0 

sysfs   /sys    sysfs   defaults 0 0 

none    /dev/   devtmpfs        defaults 0 0

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#在rc.sysinit脚本中添加mount -a 保证能根据/etc/fstab中设定挂载文件系统

[root@Test02 sysroot]# vim etc/rc.d/rc.sysinit 

#!/bin/sh

echo -e "\t Welcome to \033[31;1mPriate Li Home\033[0m"

mount -t proc proc /proc

mount -t sysfs sysfs /sys

mount -t devtmpfs none /dev

mount -n -o remount,rw /dev/sda2   /

/sbin/mdev -s

/sbin/ifconfig lo 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0 up

/sbin/ifconfig eth0 192.168.100.30 netmask 255.255.255.0 up

[ -r /etc/sysconfig/network ]&&source /etc/sysconfig/network

[ -n $HOSTNAME ]&&/bin/hostname $HOSTNAME || /bin/hostname localhost

mount -a

            5.11)同步并挂起宿主机，启动测试机

wKioL1VgbrGg-GhQAANCYeIxX0U212.jpg

wKioL1VgbsGjs7pKAAEv5-v0LiQ875.jpg

            5.12)设定passwd,shadow，nsswitch文件，实现用户认证登陆

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[root@Test02 ~]# cd /mnt/sysroot/

[root@Test02 sysroot]# touch etc/passwd

[root@Test02 sysroot]# touch etc/shadow

[root@Test02 sysroot]# grep ‘^root\>‘ /etc/passwd > etc/passwd 

[root@Test02 sysroot]# grep ‘^root\>‘ /etc/shadow > etc/shadow

编译dropbear

6.1）在宿主机上编译dropbear

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[root@Test02 source]# tar -xf dropbear-2015.67.tar.bz2 

[root@Test02 source]# cd dropbear-2015.67

[root@Test02 dropbear-2015.67]# ./configure && make && make install

    6.2）移植宿主机上的dropbear程序：dropbear dropbearkey dbclient 至测试机根文件分区磁盘

*复制脚本在第7项中提供

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[root@Test02 sysroot]# bash /root/source/copy.sh 

Input a command(keyword ‘quit‘ for outworld):>dropbear

copy /usr/local/sbin/dropbear ok

copy /usr/local/sbin/dropbear lib ok

Input a command(keyword ‘quit‘ for outworld):>dropbearkey

copy /usr/local/bin/dropbearkey ok

copy /usr/local/bin/dropbearkey lib ok

Input a command(keyword ‘quit‘ for outworld):>dbclient

copy /usr/local/bin/dbclient ok

copy /usr/local/bin/dbclient lib ok

Input a command(keyword ‘quit‘ for outworld):>quit

[root@Test02 sysroot]#

    6.3）生成dropbear提供sshd服务需要的密钥文件

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[root@Test02 sysroot]# mkdir etc/dropbear

[root@Test02 sysroot]# dropbearkey -t dss -f /mnt/sysroot/etc/dropbear

[root@Test02 sysroot]# dropbearkey -t rsa -s 2048 -f /mnt/sysroot/etc/dropbear

[root@Test02 sysroot]#

    6.4）设定dropbear提供的sshd服务在开机后自启动

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[root@Test02 sysroot]# touch etc/rc.d/rc.local

[root@Test02 sysroot]# echo ‘/usr/local/sbin/dropbear -E‘>etc/rc.d/rc.local 

[root@Test02 sysroot]# cat etc/rc.d/rc.local 

/usr/local/sbin/dropbear -E

[root@Test02 rc.d]# chmod +x rc.local

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[root@Test02 sysroot]# vim etc/rc.d/rc.sysinit

#!/bin/sh

echo -e "\t Welcome to \033[31;1mPriate Li Home\033[0m"

mount -t proc proc /proc

mount -t sysfs sysfs /sys

mount -t devtmpfs none /dev

mount -n -o remount,rw /dev/sda2 /

/sbin/mdev -s

mkdir /dev/pts

/sbin/ifconfig lo 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0 up

/sbin/ifconfig eth0 192.168.100.30 netmask 255.255.255.0 up

[ -r /etc/sysconfig/network ]&&source /etc/sysconfig/network

[ -n $HOSTNAME ]&&/bin/hostname $HOSTNAME || /bin/hostname localhost

mount -a

exec /etc/rc.d/rc.local

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