根文件系統

根文件系統的構建，是 Linux移植三大組成部分的最后一步，根文件系統構建好后，就構成了一個基礎的、可以運行的嵌入式 Linux最小系統

1. 根文件系統簡介

Linux的根文件系統一般也叫做 rootfs，根文件系統更像是一個文件夾或者叫做目錄，在這個目錄里面會有很多的子目錄。 根目錄下和子目錄中會有很多的文件，這些文件是Linux運行所必須的，比如庫、常用的軟件和命令、設備文件、配置文件等等

根文件系統的“根”字就說明了該文件系統的重要性，它是其他文件系統的根，沒有這個“根” ，其他文件系統或者軟件就不能工作。 比如常用的 ls、mv、ifconfig 等命令其實就是一個個小軟件，只是這些軟件沒有圖形界面，且需要輸入命令來運行。 這些小軟件就保存在根文件系統中

在構建根文件系統之前，先來看一下根文件系統里面都有些什么內容，根文件系統的目錄名字為‘/’ ，是一個斜杠。 下面以Ubuntu為例，來看看根文件系統里都有些什么內容

一些常用的子目錄介紹如下表示

/bin ：此目錄下存放著系統需要的可執行文件，一般都是一些命令，比如 ls、mv 等命令

/dev ：device的縮寫，此目錄下的文件都是和設備有關的。 在Linux下一切皆文件，即使是硬件設備，也是以文件的形式存在的，比如/dev/ttymxc0就表示串口0

/etc ：此目錄下存放著各種配置文件

/lib ：library的簡稱，也就是庫，此目錄下存放著Linux所必須的庫文件

/mnt ：臨時掛載目錄，一般是空目錄，可在此目錄下創建空的子目錄，比如/mnt/sd、/mnt/usb，這樣就可以將SD卡或者U盤掛載到/mnt/sd 或者/mnt/usb 目錄中

/proc ：此目錄一般是空的，當Linux系統啟動以后會將此目錄作為proc文件系統的掛載點，proc是個虛擬文件系統，沒有實際的存儲設備。 proc里面的文件都是臨時存在的，一般用來存儲系統運行信息文件

/usr ：不是user的縮寫，而是Unix Software Resource的縮寫，即Unix操作系統軟件資源目錄。 此目錄下也存放著很多軟件，一般系統安裝完成以后此目錄占用的空間最多

/var ：此目錄存放一些可以改變的數據

/sbin ：此目錄下存放一些可執行文件，但此目錄下的文件或命令只有管理員才能使用，主要用于系統管理

/sys ：系統啟動以后此目錄作為 sysfs文件系統的掛載點，sysfs是一個類似于 proc文件系統的特殊文件系統，sysfs也是基于RAM的文件系統，也就是說它也沒有實際的存儲設備。 此目錄是系統設備管理的重要目錄

/opt ：可選的文件、軟件存放區，由用戶選擇將哪些文件或軟件放到此目錄中

2. BusyBox構建根文件系統

2.1 BusyBox簡介

BusyBox是一個集成了大量的Linux命令（如ls、mv、ifconfig 等命令）和工具的軟件。 借助BusyBox，進行配置和編譯，就可以方便的構建一個嵌入Linux平臺所需要的根文件系統

可在BusyBox官網：https://busybox.net/ 下載源碼，如下圖

左側的“Get BusyBox”欄有一行“Download Source” ，點擊“Download Source”即可打開 BusyBox 的下載頁

目前最新版本是1.35.0，本文使用1.29.0版本（busybox-1.29.0.tar.bz2）來做講解

2.2 編譯BusyBox構件根文件系統

一般在Linux驅動開發的時候都是通過NFS掛載根文件系統的，當調試好之后再將根文件系統燒寫到 EMMC或者NAND中，因此需要先在ubuntu虛擬機中構建NFS服務。 在nfs服務器目錄中創建名為rootfs的子目錄，用來存放我們的根文件系統

將busybox-1.29.0.tar.bz2發送到Ubuntu中的合適位置解壓：

tar -vxjf busybox-1.29.0.tar.bz2

解壓后的文件如下:

修改Makefile添加編譯器

#為了在編譯時，可以不用再指定編譯器的架構，從而縮短手動輸入指令的長度
CROSS_COMPILE ?= /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-
......
ARCH ?= arm
# CORSS_COMPILE使用了絕對路徑！是為了防止編譯出錯

busybox中文字符支持：若直接編譯busybox，使用串口工具時是不支持中文顯示的，會顯示為“?” ，可修改源碼，取消 busybox對中文顯示的限制

打開文件busybox-1.29.0/libbb/printable_string.c，將函數printable_string()中的部分程序注釋掉，修改后的函數內容如下：

/********** printable_string.c代碼段 **********/
constchar* FAST_FUNC printable_string(uni_stat_t*stats,constchar*str)
{
char*dst;
constchar*s;

  s = str;
while(1){
    ......
    if(c <' ')
      break;
    /* 注釋掉下面這個兩行代碼，禁止字符大于0X7F以后 break */
    // if (c >= 0x7f)   
    //   break; 
    s++;
  }

#if ENABLE_UNICODE_SUPPORT
  dst =unicode_conv_to_printable(stats, str);
#else
  {
    char*d = dst =xstrdup(str);
    while(1){
      unsignedchar c =*d;
      if(c =='\\0')
        break;
      /* 修改下面代碼，禁止字符大于0X7F以后輸出‘?’ */
      // if (c < ' ' || c >= 0x7f) 
      if( c <' ')
        *d ='?';
      d++;
    } ......
  }
#endif
returnauto_string(dst);
}

打開文件busybox-1.29.0/libbb/unicode.c，修改如下內容：

/********** unicode.c代碼段 **********/
staticchar* FAST_FUNC unicode_conv_to_printable2(uni_stat_t*stats,constchar*src,unsigned width,int flags)
{
char*dst;
unsigned dst_len;
unsigned uni_count;
unsigned uni_width;

if(unicode_status != UNICODE_ON){
    char*d;
    if(flags & UNI_FLAG_PAD){
      d = dst =xmalloc(width +1);
      ......
      /* 修改下面一行代碼 */
      // *d++ = (c >= ' ' && c < 0x7f) ? c : '?'; 
      *d++=(c >=' ')? c :'?';
      src++;
    }
    *d ='\\0';
}else{
    d = dst =xstrndup(src, width);
    while(*d){
      unsignedchar c =*d;
      /* 修改下面一行代碼 */
      // if (c < ' ' || c >= 0x7f) 
      if(c <' ')
        *d ='?';
      d++;
    }
}
......
return dst;
}

配置busybox：有以下幾種配置選項

• defconfig：缺省配置，也就是默認配置選項
• allyesconfi：全選配置，即選中busybox所有功能
• allnoconfig：最小配置

make defconfig  	#使用默認配置
make menuconfig		#打開圖形化配置界面

設置Settings -> Build static binary (no shared libs)，用于選擇是靜態編譯還是動態編譯，靜態編譯不需要庫文件，編譯出來的庫很大； 動態編譯要求根文件系統中有庫文件，編譯出來的 busybox 小很多。 這里不使用靜態編譯，保持默認不選

設置設置 -> vi 樣式的行編輯命令

配置Linux Module Utilities -> Simplified modutils（不需選中）

配置Linux System Utilities -> mdev (16 kb)（確保全選）

設置Settings -> Support Unicode，使能busybox的unicode編碼以支持中文

編譯busybox：配置好busybox以后就可以編譯了，輸入如下命令

make
make install CONFIG_PREFIX=/home/andyxi/linux/nfs/rootfs
#CONFIG_PREFIX指定編譯結果的存放目錄

編譯完成以后，busybox的所有工具和文件會被安裝到 rootfs目錄中，如下圖示：rootfs目錄下有bin、sbin和usr三個目錄，以及linuxrc文件。 Linux內核 init進程會查找用戶空間的 init程序，找到后就會運行這個用戶空間的init程序，從而切換到用戶態。 如果 bootargs設置 init=/linuxrc，那么 linuxrc就可作為用戶空間的init程序

2.3 向根文件系統添加lib庫

busybox編譯完成后的根文件系統還不能使用， 還需要一些其他的文件

向rootfs/lib中添加庫文件：上面 busybox使用的動態庫編譯，所以還需要向根文件系統中添加動態庫

先在rootfs中創建一個名為“lib”的文件夾。

lib庫文件從交叉編譯器中獲取，筆者的交叉編譯器存放在“/usr/local/arm/”目錄中，進入交叉編譯器的"libc/lib"目錄：

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/lib

此目錄下有很多的so和.a 文件，這些就是庫文件，將此目錄下所有的so和.a文件都拷貝到 rootfs/lib 目錄中:

cp *so* *.a /home/andyxi/linux/nfs/rootfs/lib/ -d  #-d表示拷貝符號鏈接

### 特殊庫文件：ld-linux-armhf.so.3（軟連接文件，即快捷方式） 的處理
rm ld-linux-armhf.so.3    #先刪除rootfs/lib中的這個軟鏈接
# 然后重新拷貝ld-linux-armhf.so.3
cp /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/lib/ld-linux-armhf.so.3 .

進入交叉編譯器的"lib"目錄，將此目錄下所有的so和.a 庫文件拷貝到 rootfs/lib 目錄中

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/lib
cp *so* *.a /home/andyxi/linux/nfs/rootfs/lib/ -d  #-d表示拷貝符號鏈接

向rootfs/usr/lib中添加庫文件

在rootfs/usr目錄下創建一個名為lib的目錄。

將交叉編譯器的"libc/usr/lib"目錄中的so和.a 庫文件拷貝到rootfs/usr/lib目錄中

cd /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-gnueabihf/libc/usr/lib
cp *so* *.a /home/andyxi/linux/nfs/rootfs/usr/lib/ -d

至此，根文件系統的庫文件就全部添加好了，可以在rootfs目錄下使用 du 命令來查看 /lib和 /usr/lib這兩個目錄的大小：

du ./lib ./usr/lib/ -sh

2.4 創建其他文件夾

在根文件系統中創建其他文件夾，如 dev、proc、mnt、sys、tmp 和 root 等，創建完后的效果：

3. 根文件系統初步測試

使用NFS掛載的方式來測試上面創建好的根文件系統rootfs。 uboot里面的bootargs環境變量會設置root的值，需要將root的值改為NFS掛載，設置格式如為：

root=/dev/nfs nfsroot=

• server-ip：服務器IP，存放根文件系統的Ubuntu的IP地址
• root-dir：根文件系統的存放路徑
• nfs-options：NFS的其他可選選項，一般不設置
• client-ip>：客戶端IP，開發板IP地址，內核啟動后會使用此IP地址來配置開發板
• gw-ip：網關地址
• netmask：子網掩碼，255.255.255.0
• hostname：客戶機的名字，一般不設置
• device：設備名，也就是網卡名，一般是 eth0，eth1….
• autoconf：自動配置，一般不使用，設置為 off
• dns0-ip：DNS0服務器 IP地址，不使用
• dns1-ip：DNS1服務器 IP地址，不使用

根據上面的格式bootargs環境變量的root值如下：

root=/dev/nfs nfsroot=192.168.10.100:/home/andyxi/linux/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=192.168.10.50:192.168.10.100:192.168.10.1:255.255.255.0::eth1:off

啟動開發板，串口連接開發板，進入uboot命令行模式，然后設置bootargs環境變量，命令如下：

setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.10.100:/home/andyxi/linux/nfs/rootfs,proto=tcp rw ip=192.168.10.50:192.168.10.100:192.168.10.1:255.255.255.0::eth1:off' 
saveenv

設置好以后使用“boot”命令啟動Linux內核，進入根文件系統，結果如下圖示

輸入“ls”命令進行測試，發現ls命令正常工作。 但是此時rootfs并沒有制作成功，注意上圖中的錯誤提示：can't run '/etc/init.d/rcS' 這個文件，說明rootfs仍然不夠完善

篇幅所限，關于 rootfs根文件系統的完善將會在后續文章中介紹！