最小的Linux操作系统制作过程详解
最小的Linux操作系统制作过程详解
一，什么是BabyLinux
BabyLinux不是一个完整的发行版，他是利用原有的一套完整的linux系统的内核原代码和编译工具，利用busybox内建的强大功能，在一张软盘上做的一个很小的linux系统。他具备一个linux系统的基本特征，支持linux系统最常用的一百多个命令，支持多种文件系统，支持网络等等，你可以把他当做一张linux起动盘和修复盘来用，你也可以把他当做一个静态路由的路由器软件，当然，你也可以把他当做一个linux玩具，向你的朋友炫耀 linux可以做的多么小。我把他叫做BabyLinux因为他很小巧，小的很可爱，像一个刚刚出生的小baby。
二．为什么要作这样一个linux
先说说我一开始的想法，当我一开始接触linux的时候，看到书上说，linux通常安装只需要60M左右的空间，但是我发现装在我硬盘上的Redhat 6.0确要占据好几百M的空间。为什么我的linux这么大呢? 后来我发现，装在我机器上的那么多东西只有不到30%是我平时常用
的，还有30%是我极少用到的，另外的40%基本上是不用的。于是，我和大多数初学者一样，开始抱怨，为什么linux不能做的精简一点呢?于是，我萌发了自己裁减系统的想法。可惜那个时候我还没有听说过有LFS和Debain。等到我积累了足够的linux知识后，我开始制作这样一个小系统。
制作这样一个小系统最大的意义在于，你可以通过制作系统了解linux的启动过程，学会ramdisk的使用，让你在短时间内学到更多的linux知识。 当然，你会得到很大的乐趣。这个项目只是做一个具有基本特征的怎么制作空间linux系统，如果你想自己做一个具有完整功能的linux，请阅读Linux From Scratch (LFS)文档。
三，什么人适合读这篇文档
如果你是一个linux爱好者，并且很想了解linux的启动过程和系统的基本结构，而且是一个喜欢动手研究小玩意的人，那么这个文档可以满足你的需求。 如果你仅仅是用linux来做一些普通的日常工作，而不在乎你的linux到底怎么工作，那么这份文档也许不太适合你。另外，如果你是linux爱好者， 但是目前还是一个刚刚入门的newbi，我建议你先把linux命令学好。不过我想我会尽可能的把这份文档写详细一些，如果你有足够的毅力，或许一个ne
wbi也能成功做一个babylinux。或者，你遇到一件很不巧的事情，比如你的老婆来例假了，你的这个周末就泡汤了，那么阅读这篇文档并做一个 linux小玩具可以打发你的时间。
四，应该具备的知识
在做一个babylinux之前，你应当已经会应用linux最常用的命令。并且至少有一次成功编译并安装系统内核的经历，会通过编译源代码来安装软件。 如果你具备了这些条件，那么做这样一个小系统会很顺利，如果你还没有掌握这些知识，你可能会遇到一些困难。但是只要有毅力，也可以成功。你不需要具备编程的知识，因为我的目标是:让具有中等以上linux水平的爱好者可以通过阅读文档轻松完成这个项目。关于一张软盘上的linux还有一个很著名的 linux叫LOAP (Linux On AFloppy) 但是他是由比较专业的人员需要编写很多程序完成的。而且没有关于他制作过程的文档。
五，linux系统引导过程简介
首先，主板的BIOS会读取硬盘的主引导记录(MBR)，MBR中存放的是一段很小的程序，他的功能是从硬盘读取操作系统核心文件并运行，因为这个小程序太小了，因此通常这个小
程序不具备直接引导系统内核的能力，他先去引导另一个稍微大一点的小程序，再由这个大一点的小程序去引导系统内核。在linux系统中这样的小程序有LILO和GRUB。在这个项目中，我决定用LILO来做系统引导程序。在软盘上启动linux系统的过程和在硬盘上启动的过程相似。
Linux系统内核被引导程序装入内核并运行后，linux内核会检测系统中的各种硬件。并做好各种硬件的初始化工作，使他们在系统正式运行后能正常工作。之后内核做的最后一个工作是运行/sbin 下的init程序，init是英文单词initialization(初始化)的简称，init程序的工作是读取/etc/inittab文件中描述的指令，对系统的各种软硬件环境做最初化设定。最后运行mingetty等待用户输入用户名登录系统。所有的工作就这么简单，虽然linux启动的时候有很多内容，看上去十分高深，但是都不过是对这个过程的扩充。明白了这个道理，你可以写一些脚本程序让他在系统启动的特定时间运行完成任务。事实上系统内核并不关心/sbin下的init是不是真的init，只要是放在/sbin下名叫init的可执行程序他都可以执行。可以做以下实验:
编写一个非常简单的C程序:
main()
{
printf(“hello，world!\n”);
}
保存后以init。c保存他，并用gcc编译。
#gcc –-static -o init init。c
这里的--static 参数告诉gcc把这个程序静态联接，这样这个程序不倚赖任何库就能运行。把编译好的init程序拷贝到/sbin下，备份好原来的那个。重新启动系统最后系统的输出结果是: hello，world!
然后停在那里。做这个实验以前先确定你知道如何把系统恢复到原来的状态，有一个简单的方法，在内核启动前给他加上init=参数，比如你原先的init被你改成了init。bak 只要在启动的时候给内核加上init=/sbin/init。bak就可以用原来的init程序启动系统。
做完以上实验，就明白了内核和init程序之间的关系。此外，init程序不一定是一个二进制可执行程序，他可以是一个bash脚本，一个指向另一个程序的联接，他的位置也并不一定要在/sbin下，只要在启动内核时，给内核加上init参数就能被运行，比如，开始时给内核加上init= /bin/bash参数，内核在最后一步就直接运行bash给出提示符，不用登录系统就可以输入命令了。其功能类似单用户模式启动系统。 /sbin/init 程序只是内核默认运行的第一个程序。
六，编译一个linux系统内核
1，编译前的规划和准备
在编译内核前，请先确定你的需求，把你的需求罗列成一张详细的表格。你需要让内核支持什么硬件，支持多少种分区类型和文件系统，支持哪些网卡，支持哪些网络协议。等等。请尽可能详细的罗列这些内容，但是你也不要太贪心，因为你所有能利用的空间只有1440K，如果你编译出一个大于1440K或很接近这个数字的内核，你的这个项目就不能完成了，你已经没有空间再放ramdisk映象文件，除非你原意再多出一张软盘，做一个两张软盘的小linux系统。对于声卡驱动之类，我劝你还是放弃吧，因为一个声卡驱动也许只让你
的内核增大了十多K，但是你有了一个声卡驱动就务必要有一个播放器吧，否则声卡驱动就没有意义，可一个播放器的大小可不是一张软盘可以装得下的。在我先前制作的babylinux内核有900多K，其中，文件系统部分站了大部分，因为我的目标是把他做成一个系统修复盘。因此我在内核中编译7种文件系统的支持，每减少一个文件系统就可以减小几十甚至200多K的内核大小。越是复杂，越是安全的文件系统，其支持模块也越大，比如在linux下FAT模块只有32K，VFAT只有17K，但是ext3的模块就有86K，JFS达到216K， reiserfs模块是224K，可以想像，编译一个支持7个文件系统的900多K的内核，文件系统部分就占了600K以上的空间，所以如果某一个文件系统是你根本不用的，那么还是不要编译进内核把，这样至少可以省下100多K的空间。对于其他的驱动，比如网卡，通常大小只有8，9K，最大的也不过10多 K，因此可以把常用的网卡芯片的驱动都编译进去。另外如果你想让你的babylinux支持U盘，那么scsi的驱动模块也是不可小看的，他通常要接近 150K，因为U盘是被当做scsi设备来驱动的。另外你还需要让你的内核支持即插即用，这些都是不小的空间开销，我的建议是你放弃一两个你不用的文件系统。总之，你最后编译出来的内核大小最好不要超过900K，否则你在busybox里只能编译进去很少的命令。
在我编译的busybox中，我编译进去120多个命令，基本上把busybox支持的命令都包括进
去了。加上小系统所必需的文件系统目录，/dev下的设备文件，以及/etc下几个必需的配置文件，做成ramdisk压缩后的大小是440多K， 加上900K左右的内核刚好可以放入一张1440K软盘，请注意，你应该留下至少50K的空间，因为我们要在软盘上创建一个ext2文件系统，而文件系统本生需要占据大概25K的磁盘空间。另外lilo的引导文件boot。b的大小是5。7K，还有装上lilo后自动产生的map文件也要10多K的空间， map文件的具体大小由内核安装的实际大小决定，通常不会超过30K。
综上所述，请遵循下面的公式:
内核大小+文件系统压缩印象文件+50K <= 1440K
另外一点需要说明的是:以上所罗列的文件系统模块大小是察看我现在使用的Redhat 9 的/lib/modules下的模块文件得到的，实际编译进内核大小会小一点，因为我们用make bzImage在内核源代码目录树下生成的内核是经过压缩过的。
如果你对以上说的内容不太明白也没有关系，我会在下面的内容中做详细的说明。
2，必需编译进内核的内容
首先，我们制作的这个小系统是基于一张软盘的，因此，你的内核必需支持软盘。另外对IDE硬盘和cdrom的支持也是不可少的，否则做出来的 babylinux就没有实用价值，因为他不能访问硬盘和光盘上的内容这样的linux虽然可以做的更小，但是制造一个完全没有用的东西是浪费时间。其他的包括framebuffer等，如果你需要支持在字符界面下以高分辨率显示，以看到更多的屏幕内容，那么就必需把framebuffer支持编译进内核，此外在高分辨率下使用的8x8字体也必需编译进去。否则即使你给内核传递了vga= 参数，内核会因为没有可用的小字体而自动转跳到低分辨率模式下，这是以前困扰我好几天想不明白的事情，后来通过反复试验才明白原来是缺少字体的文体。这里我先大致提一下需要注意的事情。在下一小节具体编译时，我会继续就某些细节问题说明。
3，关于内核的版本
我是在Redhat 9 linux系统下打造的babylinux小系统。使用的是Redhat 9 自带的2。4。20版的内核。
为什么我不用最新的2。6的内核?
一开始我也企图用最新的内核，但是通过试验我发现，在用最新的2。6。9内核的情况下，我编译一个all-no的(即所有内容都选N，不支持任何硬件，只有一个最基本的内核)最小化内核就要460K左右，如果我在这个基础上再加入几种文件系统和必要的驱动，那么内核的大小就不能装下一张1440K的软盘，而我用2。4。20的内核编译一个最小化的内核只需要217K，的大小。如果优化了gcc参数他还能再小些。这样我就立即省下了200多K的空间，在平时，200多K的内容微不足道，但是在babylinux里，这个数目是整个空间的 1/7，相当于一个reiserfs文件系统模块的大小。当然，我也尝试了2。2以及更老的内核，但是他们缺少我需要的东西，因此最后权衡下来用2。4的内核是比较合理的。如果你用的是2。6内核的FC系统，那么最好还是去下载一个2。4版的内核，www。kernel。org 有各个时期的内核可以下载。
4， 内核的配置
如果你对linux内核的配置和编译已经很熟悉了，请跳过这一段，直接看busybox的编译。
以root身份登录系统
进入/usr/src/linux目录
[root@gucuiwen root]# cd /usr/src/linux
如果你下载了一个2。4版本的内核，为了避免麻烦，请将他拷贝到/usr/src下，然后接压缩，再做一个指向他的名为linux的链接。虽然这并不是必需的，但是根据我以往的经验，如果我把linux源代码放在其他目录下解开并编译，偶然会有一些莫名其妙的小问题发生。
#cp linux-2。4。20。bz2 /usr/src/
#cd /usr/src
#tar xfvj linux-2。4。20。bz2

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