Linux系统启动盘制作关键技术的探讨

Linux系统启动盘制作关键技术的探讨

詹玲，李锐，韩德志

（信阳师范学院，河南信阳　464000）

摘要：本文通过对一种Linux系统启动盘制作方法的介绍，详细地论述了在制作Linux系统启动盘时，Linux文件系统的创建、内核的选择及系统整合技术。
关键词：根文件系统;内核选择;系统整合

1　引言
Linux系统启动软盘，对只装有Linux系统的主机来说是很重要的。当系统出现错误时，它不仅能测试新内核、恢复系统的错误，而且能升级重要的系统文件。我们知道，所有的PC机都是通过执行ROM中的代码加载启动盘的0柱面0扇区中的代码来启动整个系统的。在Linux系统中，启动盘的0柱面0扇区中含有的是启动装载器LILO，它定位内核，装载它，最后执行它。一旦内核装载后，它先是进行基本设备初始化，接着试图加载并登录磁盘中根文件系统，如果内核找不到可装载的根文件系统，启动过程会就此停止。如果根文件系统装载完毕并登录成功后，就会看到一行信息：VFS:Mounted root (ext2 filesystem) read only，之后，系统发现init程序并执行它，init程序寻找它的配置文件/etc/inittab，并开始执行其中的脚本，这些脚本是一些Shell命令的组合，用来执行如下命令：加载所需模块、装载SWAP、初始化网络、装载fstab中列出的所有驱动器等。最后启动一个getty程序，它负责console和ttys之间的通信，它在显示器上打印login提示符并激活login程序，login处理登录的有效性并建立与用户的对话。至此，启动过程完毕。了解Linux的启动过程是为了更好地理解Linux系统盘制作的关键技术。
2　制做启动盘
创建一个Linux系统启动盘首先必须创建根文件系统，由于软盘容量有限，因此常采用压缩的根文件系统。下面详细的介绍怎样创建压缩格式根文件系统。
2.1　制作启动盘的准备
一个根文件系统必须包括支持完整Linux系统的全部东西，因此，它至少应包括以下几项：基本文件系统结构；基本的目录：/dev, /proc, /bin, /etc, /lib, /usr, /tmp；最基本的应用程序，如sh, ls, cp, mv等 ；最低限度的配置文件，如rc, inittab, fstab等；基本的设备：/dev/hd*, /dev/tty*, /dev/fd0；基本程序运行所需的库函数。由于以上所需文件远超过1.44M，因此，通常的做法是先准备好内容后再压缩到软盘中，当用软盘启动时，再把文件解压到内存中，形成一个虚拟盘（RAMDISK），通过RAMDISK控制系统启动。为了能创建以上的根文件系统，必须有一个空闲的、能够放下大约4M文件的RAMDISK。如果使用LILO控制启动，先检查一下LILO的配置文件/etc/lilo.conf中定义的RAMDISK的大小。/etc/lilo.conf 中有一行RAMDISK-SIZE = nnn ，它决定RAMDISK可使用的最大内存为nnn，缺省情况下为4096k，这样大的空间也就够了。但是，如果系统只有8M内存，千万不要使用4M的RAMDISK。最后检查一下系统设备中是否有一个叫/dev/ram0或/dev/ram的设备，这是RAMDISK的设备名，如果没有，用命令mknod创建一个设备/dev/ram0。
2.2　创建根文件系统
Linux内核识别两种可以直接拷贝到RAMDISK的文件系统：minix 和ext2，ext2性能更好。如果使用ext2，会发现使用-i选项定义比缺省更多的信息节点非常有用。mke2fs缺省情况下在1.44M的软盘上产生360个信息节点，使用压缩格式的根文件系统需要更多的信息节点，所以使用如下命令创建文件系统可以创建2000个信息节点，一般不会用完：
mke2fs -m 0 -i 2000 /dev/ram0。
mke2fs会自动判断设备容量的大小并相应的配置自身；-m 0参数防止它给root保留空间，这样会腾出更多的有用空间。接着把虚拟盘挂在节点/mnt上：
mount -t ext2 /dev/ram0 /mnt
如果没有节点/mnt，建一个。接着是创建目录。根文件系统最少应该有如下8个目录：/dev 设备；/proc 文件系统所需目录；/etc 系统配置文件；/sbin 重要的系统程序；/bin 基本应用程序；/lib共享函数库；/mnt装载其他磁盘节点；/usr附加应用程序。其中/proc,/mnt和/usr在此情况下都是空的，只需用mkdir创建它们即可，其余的目录应根据需要分别创建。
/dev：/dev中含有系统不可缺少的设备文件，虽然该目录很普通，可以用 mkdir创建，然而，目录中的设备文件必须用mknod创建，当然也有捷径，可以把现有系统中/dev的文件拷贝过来，然后删除不必要的文件。命令cp -dpR /dev /mnt会拷贝/dev整个目录，但不拷贝文件内容，dp开关保证链结文件仍然不变，不会拷贝链结所指原文件，而且属性不变。必须注意的是，每一个设备文件占用一个信息节点，而软盘上节点数是有限的，因此有必要删除没用的设备文件。例如，如果没有SCSI设备，删除所有的以sd开头的文件；如果不想使用串口设备，删除所有以cua开头的文件。不过记住，一定要保留console,kmem, mem, null, ram, tty1等文件。
/etc：这个目录中含有一些必不可少的系统配置文件，那么到底哪些文件是必需的，哪些可有可无呢？用命令ls ？ltru，该命令会根据最后使用日期反列一下目录/etc中的文件，如果一些文件很长时间没有被进入过，基本上可以从启动盘中删去。
我们制作的启动盘中含有15个配置文件，大致可分为3部分，它们都是启动盘中必须含有的文件：rc.d/* -- 系统启动脚本；fstab 列出要登录的文件系统；inittab 包含启动过程参数。rc应该包括：
#!/bin/sh
#!/bin/sh
/bin/mount -av
/bin/hostname yjy
fstab应包括：
/dev/ram0 / ext2 defaults
/dev/fd0 / ext2 defaults
/proc /proc proc defaults
inittab包括：
id:2:initdefault:
si::sysinit:/etc/rc
1:2345:respawn:/sbin/getty 9600 tty1
2:23:respawn:/sbin/getty 9600 tty2
整理系统所需文件包括：passwd 用户名和目录；group 用户组；shadow 用户加密密码。如果觉得这不安全，就把passwd和shadow删掉，这样只有root可以进入系统。偶尔使用的文件可根据实际情况选择。
/bin和/sbin：该目录中包含必不可少的应用程序，如ls, mv, cat，可根据需要选择，不过要记住包括以下程序：init, getty，login, mount，运行rc的外壳shell。
/lib: 该目录中包含有启动盘启动过程中所需要的共享函数库，如果缺少必须的函数库，系统会停止启动或出现一大堆错误信息，所以一定要注意。
2.3　模块
如果有一个模块化的内核，还必须考虑要加载的模块，它们都位于/lib/modules,可以把不是很重要的模块放到别的盘上，当系统启动后再加载，这样会节省启动盘的空间。
2.4　打包
一旦完成了上述工作，卸下虚拟盘，拷贝到一个文件中，然后压缩。
umount /mnt
dd if=/dev/ram0 bs=1k | gzip -v9 > rootfs.gz
压缩结束后，就拥有了一个压缩的根文件系统，不过应检查其大小，如果大了，还得去掉一些东西。
3　选择内核
在完成了制作压缩的根文件系统后，下一步就是选择或自己创建一个内核。多数情况下，可以拷贝现有系统的内核，但在有些情况下不得不自己另外创建一个。最可能出现的问题就是容量限制：如果想做单张的启动盘，盘中最大的文件往往是内核，所以必须设法压缩内核的体积。要想压缩内核体积，创建它时就得把不必要的功能去掉，如去掉对网络的支持和对不必要设备的支持。但是，一定要记住保留内核对RAMDISK和ext2的支持，否则启动盘将不能工作。还有就是要记住把对备份所用设备的支持加到内核中去，因为启动盘的最大用处就是检测和修复损坏的系统，如果没有把对备份设备的支持加到内核中，则无法修复损坏的系统，只能再重装Linux。创建新内核的方法这里就不叙述了，如有问题，请查阅相关资料。重建完内核后记住用“make zImage”压缩内核。
4　系统整合
有了根文件系统和内核之后，最后的工作就是把它们整合在一起。先检查总文件的大小，如果超出1.44M，就得考虑重新创建他们或用两张磁盘。上述问题解决好后，接着就是确定是用LILO控制启动还是直接用拷贝到盘上的内核控制启动。用LILO的好处是能增加支持初始化硬件的参数到内核中，缺点是较复杂且占用珍贵的磁盘空间。下面分别介绍用内核控制启动和用LILO控制启动的过程。
用内核控制启动的方法如下：
cp zImage /dev/fd0 或 cat zImage > /dev/fd0
rdev -R /dev/fd0 0
rdev /dev/fd0 root-device
rdev -R /dev/fd0 0 能使根mount成read-write,否则启动后/是read-only的；rdev /dev/fd0 root-device中如用软盘做rootdisk,则应写成rdev /dev/fd0 /dev/fd0，用硬盘做为root,则应写成rdev /dev/fd0 /dev/hda1。这样做出的bootdisk,kernel从0道1扇区开始,所以无所谓文件格式。
用LILO控制启动，首先就得写一个LILO配置文件，以下是一个最简单的配置文件，但是已经够用了。
boot =/dev/fd0
install =/boot/boot.b
map =/boot/map
read-write
backup =/dev/null
compact
image = KERNEL
label = Bootdisk
root =/dev/fd0
参数说明见相关资料。把上面的配置文件命名为hdlilo.conf。　
接下来就是创建一个内核文件系统。把一张干净的软盘插入软驱，在上面创建ext2 文件系统。
mke2fs -i 8192 -m 0 /dev/fd0 50
“-i 8192”表示每8192位创建一个信息节点。接着登录系统：
mount /dev/fd0 /mnt
rm -rf /mnt/lost+found
mkdir /mnt/{boot,dev}
删去目录/ lost+found,创建两个目录/boot和/dev。再拷贝现有系统到目录/dev中，
cp -R /dev/{null,fd0} /mnt/dev
接着拷贝启动加载器boot.b到目录/boot中，
cp /boot/boot.b /mnt/boot
最后，拷贝创建的配置文件lilo.conf和内核到内核文件系统的根目录下，
cp bdlilo.conf KERNEL /mnt
现在，根文件系统所需所有文件都准备就绪了，可以运行它了，运行结果应该没有错误，否则就应该仔细检查一下。接着设置内核镜像文件中的ramdisk的偏移量，以指出如何确定定位根文件系统。该指示词可通过命令rdev来设置，其内容含义如下：bits 0-10: ramdisk开始的偏移量, 在1024 byte数据块中；bits 11-13: 不用；bit 14: ramdisk加载的提示标记；bit 15: 加载根文件系统之前提示标记。如果位15被设置，当系统盘启动时将会提示你准备好另一张软盘，如果启动盘是两张的话，这个设置很有用。对于使用单张和两张启动盘的用户，ramdisk的偏移量是不同的：如果启动盘只有一张，那么压缩的根文件系统会被放置在内核之后，因此偏移量将会是第一个空闲的数据块，bit 14 应设置为1，bit 15设置为0。例如，如果启动盘根文件系统起始于数据块253（十进制），ramdisk偏移量应该是253 + 214 = 253+ 16384 = 16637。如果启动盘有两张，那么根文件系统起始于第二张盘的0数据块，所以偏移量是0，bit 14 应设置为1，bit 15应设置为1，最终值为214 + 215 = 49152。计算好偏移量后，用命令rdev -r进行设置，记住用十进制：
rdev -r /mnt/vmlinuz 偏移量设置完后，从/mnt卸下软盘。
最后一步是传输根文件系统，分两种情况：如果内核与根文件系统在同一张软盘上，用加选项seek的命令dd传输，dd if=rootfs.gz of=/dev/fd0 bs=1k seek=内核数据块数。如果根文件系统位于第二张软盘上，移走第一张软盘，插入第二张盘，然后传输根文件系统dd if=rootfs.gz of=/dev/fd0 bs=1k。启动盘已经做好了，剩下的就是测试启动盘的正确性了，如果有问题，要按上述步骤从头细仔地再做一遍。
5 结束语
Linux是为386(486)AT设计的操作系统，具备POSIX所有特性；同时它又是一个开放式的系统，任何用户都可为它开发相关的驱动程序和应用程序；其原代码也是公开的，用户可以很方便地从网上免费下载相关程序的原代码。Linux由于具有上述特性和优点，在国内被越来越多的用户接受和使用，并在其平台上开发各种应用程序，所以，制作一张高效的系统启动盘，对系统出现故障时进行快速恢复有着重要意义。
［参考文献］
［1］Sohu Linux.http://202.198.162.121/linux/sohulinux.htm［OL］.
［2］Linux Kernel Newsgroup Archive.http://banyan.dlut.edu.cn/news/［OL］.
［3］Linux 中文资料.http://soft1.gz168.com/linuxdoc/source.html［OL］.
［4］黄庆生，吴振华，苏哲.Linux 基础教程［M］.人民邮电出版社，1996.6.
［5］Michael K. Johnson，Erik W.Troan. Linux Application Development［M］. AddisionWesley Longman Inc, 1998.