使用U盘自制Linux操作系统

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• 前言

• Linux系统启动流程

• 实验前的准备

• 实验过程

• 拷贝命令脚本

一、前言

我们生活中离不开电脑，时时刻刻在跟操作系统打交道，有时候会被系统中出现的错误搞得头昏脑胀，使用操作系统，不如亲自动手组建一个自己的简单的系统，体验一下制作操作系统的乐趣。在系统的学习了Linux操作系统之后，就有了理论基础，所以，迫不及待的想做一个自己的简单的Linux小系统，有兴趣的同学也可以来动手做一做。

在接下来的文章中，小编会先从Linux系统的启动流程入手，将启动过程一一展示出来，再进行实验指导。

二、Linux系统启动流程

1、加电自检（POST：power on system test）

这些自检的功能是有一个软件程序来实现的，这个软件程序叫做：BIOS。BIOS是基本输入输出系统，他是装在一个硬件芯片CMOS之上，加电过程给CMOS通电，BIOS会根据CMOS上的一些配置信息去读取硬件的状态，之后进行硬件设备的初始化。

加电自检主要是检测一下硬件设备是够存在并能够正常运行，如：CPU、内存、硬盘是否存在并能正常运行，CPU风扇是否能够运转散热，以及一些外围的输入输出设备是否存在，但是有些设备存在与否不影响系统的正常启动，如键盘、鼠标。

2、加载MBR

在硬件初始化之后，BIOS会列出一些可以启动的装置顺序，接下来就开始读取第一个可以启动的设备中操作系统的核心文件。我们必须以一个启动管理程序来处理这些核心文件的加载问题，这个启动管理程序为：Bootloader，Boot loader是一个程序，他肯定依赖于一个硬件之上，这个硬件就是硬盘，准确的说是第一个可以启动的硬盘的第一个扇区内，就是我们之前读到的MBR（主引导记录）当中。所以，在加电自检之后BIOS会将系统引导到MBR中，找到Boot loader。

3、Boot loader

Boot Loader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，可以初始化硬件设备，建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境为最终调用操作系统内核做好准备。Boot Loader使用最广的就是Grub了，系统将Linux下/boot/grub/grub.conf的配置文件读取到内存中，根据配置文件中的信息找到内核文件和伪根文件，并将伪根文件加载到内存中，模拟出一个根文件系统，再进行加载内核文件。

4、加载系统内核(Kernel),执行系统初始化信息，

Bootloader可以加载kernel和initrd，然后在内存中让initrd解压缩成根目录，然后内核可以在这个虚拟的根文件系统之上加载合适的驱动程序，来加载硬盘等设备，之后释放虚拟的根文件系统，并以只读的方式挂载磁盘上真实的根文件系统，之后就开始正常的启动过程。此时内核程序已经完全接管了BIOS工作，之后的操作都是有内核来完成的。

5、启动用户空间第一个执行程序/sbin/init

在内核、硬件及驱动信息加载完毕后，内核会呼叫用户空间的第一个执行程序/sbin/init，inti进程主要功能是准备软件运行环境，包括系统的主机名称、网络配置、文件系统格式、服务运行级别等其他服务的启动管理。这些所有的操作都是通过init的配置文件来定义的。

Init的配置文件：

Centos5：由于centos5采用的是Sys init方式，其特点是启动用户空间的服务程序，通常通过脚本运行，有依赖关系的服务将被串行启动，这也就导致了centos5的系统启动过程非常的缓慢，配置文件为：/etc/initab

Centos6：采用Upstart的方式，其特点是守护进程间的通信依赖于D-Bus进行，因此，可基本实现类似并行启动：配置文件：/etc/inittab,/etc/init/*.conf

Centos7：采用Systemd方式，其特点是服务只有在第一次被访问到时才会真正启动起来，因此Centos7系统的启动过程非常之快，配置文件是：/usr/lin/system/*。

6、init程序执行完inittab配置文件后，执行系统初始化脚本rc.sysinit

在定义完运行级别后，Linux系统执行的第一个用户层文件就是rc.sysinit脚本程序，这个脚本为初始化用户空间环境，会执行许多系统初始化任务；在完成系统初始化脚本后，系统还会启动对应级别下设定为要启动的服务，关闭那些设定为要关闭的服务。该步骤是根据inittab配置文件中定义的运行级别，来运行对应运行目录中的服务设定脚本。

在服务启动的最后，会执行最后一个脚本：/etc/rc.d/rc.local，这个脚本是留个用户的，可以将用户想要启动的东西放到这里。

7、执行/bin/login程序，进入登录等待状态

此时就进入了输入username和password的时刻了，漫漫开机之路就算到此结束了。

附上启动流程图：

三、实验前的准备

我们要制作的是U盘Linux系统，所以要准备一个U盘，不需要太大够用就行。

需要准备的工具：U盘、虚拟机或Centos的主机一台、Centos6系统。

U盘的要求：一般Linux系统不识别NTFS的文件系统，所以要是U盘是NTFS的系统，我们需要将其格式化为FAT32文件系统的格式，这样系统才能识别。

四、实验过程

1、启动虚拟机的VMware USB Arbitration Service服务

我们需要虚拟机能够识别USB接口上的U盘，所以要开启这个服务，如果一斤开启了，可以直接跳过步骤，小编将为大家演示如何开启该服务。

如图所示：

       右击我的电脑，打开管理，进入：

在服务中找到VMware USB Arbitration Service项，将服务启动起来，这个时候重新打开虚拟机。

2、将U盘挂载到虚拟机中的系统上

打开虚拟机后，将右下方显示的磁盘标志，找到自己的U盘，选择连接：

3、  对U盘进行分区

我们需要将U盘分为两个分区，一个用来当做boot分区，一个用来当做根分区。使用：fdisk 命令。

在小编的电脑上识别到的U盘为/dev/sdc盘号，所以执行：fdisk/dev/sdc，将/dev/sdc1作为boot分区，分出大小1G；将/dev/sdc2作为根分区，将剩余空间全部分给根分区。

4、  将分区格式化为ext4文件系统

分好区后并不能直接使用，我们需要将分区格式化后才可以正常使用，使用命令：mkfs.ext4 /dev/sdc1需要将/dev/sdc1和/dev/sdc2两个分区进行格式化。

5、  创建挂载将要设置为boot分区的目录

该目录必须为boot，这样在生成一些数据的时候才不会乱，因为我们要将分区/dev/sdc1挂载到命名为/boot的目录下，我们需新建目录，为了不和本地系统上的boot目录混淆，小编创建新的目录：mkdir –p  /linshi/boot  

6、  将/dev/sdc1挂载到/linshi/boot目录上

执行命令：mount  /dev/sdc1 /linshi/boot

7、  对boot分区/dev/sdc1安装grub

执行命令：grub-install  --root-directory=/linshi   /dev/sdc

该命令是用来安装修复grub引导文件的，如果grub目录中的文件损坏了，可以通过该命令进行恢复。因为我们要在U盘的boot目录上安装grub，所以需要指定一个位置，那就是—root-directory=/linshi，对象为/dev/sdc

查看/linshi/boot下的目录树结构：

    查看U盘的MBR表：

8、  将本地的boot下的内核文件和伪根文件拷贝到U盘中的boot下，命令如下：

    cp /boot/vmlinuz-2.6.32-696.e16.x86_64  /linshi/boot/

    cp /boot/initramfs-2.6.32-696.e16.x86-64.img  /linshi/boot/

执行过程如图所示：

9、  手动编写grub.conf配置文件

Vim /mnt/boot/grub/grub.conf

内容如下：

default=0

timeout=5

hiddenmenu

title Centos-jiake

        root(hd0,0)

        kernel/vmlinuz-2.6.32-696.e16.x86_64 root=UUID=（U盘的根分区的UUID） selinux=0 init=/bin/bash

        initrd/ initramfs-2.6.32-696.e16.x86-64.img

如图所示：

10、             创建挂载根分区的目录，并挂载U盘的根分区

    mkdir /linshi/sysroot

    mount /dev/sdc2  /linshi/sysroot

如图：

11、             在U盘的根分区下创建与本地根下相同的目录

一个一个创建太慢，我们使用一个快捷的方式，先将本地根下的目录名全部存放起来，做成一个列表，然后一次性创建。

先ls  / >  /mulu.txt

              mkdir –p `cat mulu.txt`

如图：

12、             拷贝网卡驱动

有时候我们需要用用网卡，所以我们将网卡驱动一块拷贝过去，如果不想使用网卡功能，可以不用拷贝这个文件驱动。

使用locate e1000找到网卡驱动的位置，e1000是网卡的驱动程序文件。

如图所示：

13、             通过命令拷贝脚本，将需要使用的命令拷贝到U盘的根分区上

这个脚本是小编自己编写的，如果你不会，不用着急，小编会在后面附上源代码。如果你要使用脚本，记得给脚本加上执行的权限。具提的操作可以看小编的截图：

14、             查看我们U盘根分区下的树状结构图

我们拷贝完命令，一定要验证命令是否拷贝成功，并且路径一定要正确。命令原来在什么地方，拷贝过来还要放到对应的目录下。否则会导致命令不可用。 

15、             完成命令移植的功能后，将U盘放到独立的机器上启动

要关机将U盘拔下来，这里小编使用电脑作为整机，从U盘启动，所以就不能呈上优质的截图了。一下图片使用手机拍摄。

对于不同的机型，进入本地BIOS的按键也不同，请各位同学自行寻找进入BIOS的按键，进入BIOS需要将U盘设为第一启动项，（为了在BIOS的boot启动项显示出U盘，需要先将U盘插入电脑）

找到自己的U盘，使用shift +将U盘移动到第一位：

完成后按下F10保存退出启动：

16、             启动成功！

稍等片刻，我们就能看到成功进入bash的界面了，由于我们自制了一个简单的Linux系统，所以目前只是使用bash进入了一个简单的bash环境，可以执行一些简单的命令，如果想使用init启动进程，需要配置更多的文件，如果有兴趣的同学可以据需深入研究。

五、拷贝命令脚本

    #!/bin/bash

    #将用户指定的命令拷贝到对应的根目录下

    copy_comd() {

            com_path=`which $1`

            com_dest=`dirname $com_path`

            [ ! -d $dir$com_dest ] && mkdir -p $dir$com_dest

            ls $dir$com_path  &> /dev/null && { echo "该命令已存在！" ;return 99; }

            cp  $com_path $dir"$com_path"

            echo -e "$com_path  \e[33;5m ====>\e[0m  $dir"$com_path""

    }

    #将命令所依赖的库文件拷贝到对应的目录中

    copy_comfile(){

        ldd $(which $1) |grep -oE "/.* " | while read libfile

        do

            local lib_destdir=$dir$(dirname $libfile)

            local lib_destfile=$dir$libfile

            if [ -e $lib_destfile ];then

                continue

            elif [ -d $lib_destdir ];then

                cp  $libfile $lib_destdir

                echo -e "$libfile  \e[33;5m ===> \e[0m $lib_destfile"     

            else

                mkdir -p $lib_destdir &> /dev/null

                cp  $libfile $lib_destdir 

                echo -e "$libfile  \e[33;5m ===> \e[0m $lib_destfile"

            fi

        done

    }    

   #主程序（需要先指定根目录，每个执行步骤都可以quit退出。）

    while true;do

    read -p "Please input the dir("quit" to exit!): " dir

    if [ "$dir" == quit ] ;then 

            exit

    fi

    [ -z $dir ] && { echo -e "\e[31m Please input the dir!\e[0m";continue;}|| break

    done

    ls -d $dir &> /dev/null || mkdir -p $dir

    while true; do

        read -p "Please input the command that you want to copy("quit" to exit! ): " com 

    if [ "$com" == quit ]; then

        exit

    fi

        which "$com" &> /dev/null || { echo "This command is no exited!" ;continue; }

    copy_comd $com

    ret=$?

    [ $ret -eq 99 ] && continue 

    copy_comfile $com

    done

 #(记得给脚本加执行权限哦！)