嵌入式ROOTFS transplantation
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了嵌入式ROOTFS transplantation相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
作一个嵌入式Linux rootfs，并且实现 web 服务
1. 文件系统简介
?理论上说一个嵌入式设备如果内核能够运行起来，且不需要运行用户进程的话，是不需要文件系统的，文件系统简单的说就是一种目录结构，由于 linux操作系统的设备在系统中是以文件的形式存在，将这些文件进行分类管理以及提供和内核交互的接口，就形成一定的目录结构也就是文件系统，文件系统是为用户反映系统的一种形式，为用户提供一个检测控制系统的接口。
?根文件系统，我认为根文件系统就是一种特殊的文件系统,那么根文件系统和普通的文件系统有什么区别呢？由于根文件系统是内核启动时挂在的第一个文件系统，那么根文件系统就要包括Linux启动时所必须的目录和关键性的文件，例如Linux启动时都需要有init目录下的相关文件，在 Linux挂载分区时Linux一定会找/etc/fstab这个挂载文件等，根文件系统中还包括了许多的应用程序bin目录等，任何包括这些Linux 系统启动所必须的文件都可以成为根文件系统。
?Linux支持多种文件系统，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、yaffs、romfs和nfs等，为了对各类文件系统进行统一管理，Linux引入了虚拟文件系统VFS(Virtual File System)，为各类文件系统提供一个统一的操作界面和应用编程接口。
?Linux启动时，第一个必须挂载的是根文件系统；若系统不能从指定设备上挂载根文件系统，则系统会出错而退出启动。之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此，一个系统中可以同时存在不同的文件系统。不同的文件系统类型有不同的特点，因而根据存储设备的硬件特性、系统需求等有不同的应用场合。在嵌入式Linux应用中，主要的存储设备为 RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(常采用FLASH存储器)，常用的基于存储设备的文件系统类型包括：jffs2, yaffs, cramfs, romfs,ramdisk, ramfs/tmpfs等。
2. 基于FLASH的文件系统
?2.1 Cramfs：Compressed ROM File System
?它的速度快，效率高，其只读的特点有利于保护文件系统免受破坏，提高了系统的可靠性。由于以上特性，Cramfs在嵌入式系统中应用广泛。但是它的只读属性同时又是它的一大缺陷，使得用户无法对其内容对进扩充。Cramfs映像通常是放在Flash中。
?2.2 jffs2
?Jffs2: 日志闪存文件系统版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)
?主要用于NOR型闪存，基于MTD驱动层，特点是：可读写的、支持数据压缩的、基于哈希表的日志型文件系统，并提供了崩溃/掉电安全保护，提供“写平衡”支持等。
?缺点主要是当文件系统已满或接近满时，因为垃圾收集的关系而使jffs2的运行速度大大放慢。jffs不适合用于NAND闪存主要是因为NAND闪存的容量一般较大，这样导致jffs为维护日志节点所占用的内存空间迅速增大，另外，jffs 文件系统在挂载时需要扫描整个FLASH的内容，以找出所有的日志节点，建立文件结构，对于大容量的NAND闪存会耗费大量时间。
2.3.yaffs：Yet Another Flash File System
?yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。与jffs2相比，它减少了一些功能(例如不支持数据压缩)，所以速度更快，挂载时间很短，对内存的占用较小。另外，它还是跨平台的文件系统，除了Linux和eCos，还支持WinCE, pSOS和ThreadX等。yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动，并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API，用户可以不使用Linux中的MTD与 VFS，直接对文件系统操作。当然，yaffs也可与MTD驱动程序配合使用。
?yaffs与yaffs2的主要区别在于，前者仅支持小页(512 Bytes) NAND闪存，后者则可支持大页(2KB) NAND闪存。同时，yaffs2在内存空间占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。
?2.4. 网络文件系统NFS (Network File System)
?NFS是由Sun开发并发展起来的一项在不同机器、不同操作系统之间通过网络共享文件的技术。
?在嵌入式Linux系统的开发调试阶段，可以利用该技术在主机上建立基于NFS的根文件系统，挂载到嵌入式设备，可以很方便地修改根文件系统的内容。
?所采用的工具：mkfs.cramfs,mkfs.jffs2,mkfs.yaffs
?http://sourceforge.net/projects/cramfs/
?http://sourceforge.net/projects/jffs2os/
?http://sourceforge.net/projects/yaffs/
3.根文件系统的组成
?目录 内容
?Bin :基本的可执行文件
?Opt :添加的软件包
?Boot :启动时需要的一些文件
?Proc :内核及进程信息的虚拟文件系统
?Dev : 设备文件
Root:root用户目录
?Etc: 系统配置文件
?Sbin:系统管理的程序
?Home : 用户目录
?Tmp : 临时文件
?Lib : 库文件
?Usr : 应用程序
?Mnt : 挂载文件系统的挂载点
?Var : 存放系统日志或一些服务程序的临时文件
?根文件系统中的每一个顶级目录都有特定的用途和目的
?但并不是所有的目录在嵌入式环境下都需要，
?我们只创建需要的一些目录:
?/bin /sbin /etc /proc /tmp /var /dev /mnt
?Linux的根文件系统至少应包括以下几项内容。
?1．基本的文件系统结构，包含一些必需的目录比如：/dev，/proc，/bin，/etc，/lib，/usr，/tmp等。
?2．基本程序运行所需的库函数，如Glibc/uClibc。
?3．基本的系统配置文件，比如rc.sysinit，inittab等脚本文件。
?4．必要的设备文件支持：/dev/hd*，/dev/tty*，/dev/fd0。
?5．基本的应用程序，如sh，ls，cp，mv等。
?1．把全局配置文件放入/etc目录下。
?2．将设备文件信息放入/dev目录下，设备名可以作为符号链接定位在/dev中或/dev子目录中的其他设备存在。
?3．操作系统核心定位在/或/boot，若操作系统核心不是作为文件系统的一个文件存在，不应用它。
?4．库存放的目录是/lib。
?5．存放系统编译后的可执行文件、命令的目录是/bin，/sbin，/usr。
4. 定制文件系统 ,基于 ELDK，busybox
?安装ELDK:
#mount –o loop arm-2008-11-24.iso /mnt
?#/mnt/install –d /opt/eldk
?#mkdir rootfs ；假定以下内容都是在 rootfs 目录下：
?4.1自定义文件系统
?目录bin
?-------->用busybox编译,下面说明
?目录sbin
?-------->用busybox编译,下面说明
?目录usr
?-------->建立bin sbin两个空目录
?目录var
?-------->建立log空目录
?目录etc
?------->可以把/opt /eldk/arm下或者s3c2410_recover
?的etc 拷贝过来修改,怎么修改下面说明，需要包括：
?inittab
?rc.local -> rc.d/rc.local
?rc.sysinit -> rc.d/rc.sysinit
?
目录dev
?------->这里不能直接从/opt/eldk/下 拷贝
? 应当如下制作否则系统启动是会说明找不到设备文件console之类
? cd / rootfs/dev
? /mnt/ELDK_MAKEDEV //ELDK_MAKEDEV从 ELDK ISO 文件里copy出来
?这样在目录dev 节点文件就出现了
?目录lib
?------->如果是采用静态编译，这里就空着；
?如果采用动态编译 ，
从s3c2410_recoverlib
mount -t vfat /dev/mmcblk1p1 /mnt
挂载 指定需要挂载的文件系统的类型 设备节点（文件） 挂载点（文件系统挂载到rootfs的地方）
2）printk
内核解压后
信息输出显示是在 console 初始化之后
printascii
console初始化前
printk打印级别：数字越低，级别越高
ubuntu系统：
通过proc在运行时查看和修改日志级别
cat /proc/sys/kernel/printk
4 4 1 7
echo “7 4 1 7” >/proc/sys/kernel/printk
cat /proc/sys/kernel/printk
7 4 1 7
3）OOPS
pc寄存器保存内核崩溃时，运行的地址
定位 系统崩溃时的地址
[email protected]:~/work/day_2/linux-3.14-fs4412$ arm-none-linux-gnueabi-addr2line 0xc0278e1c
-e vmlinux -f
指定定位镜像文件 指定出错的文件以及行号
dm9000_probe
/home/linux/work/day_2/linux-3.14-fs4412/drivers/net/ethernet/davicom/dm9000.c:1414
4）调试信息
调试信息一般显示在两个地方 ：终端、log日志
klogd进程：执行系统调用，去访问内核的打印消息
syslog进程：记录非内核打印的消息
void openlog(const char *ident, int option, int facility);
功能：打开日志
参数：ident 日志的标志
option LOG_PID Include PID with each message. 打印的消息附加上进程ID
LOG_CONS Write directly to system console if there is an error while sending to system logger.
把消息显示到log日志
facility 表示的是消息出自于什么类型的进程
LOG_DAEMON system daemons without separate facility value
void syslog(int priority, const char *format, ...);
功能：将消息显示到日志中
参数：priority 级别
LOG_WARNING warning conditio
?或 /usr/local/arm/3.4.1/arm-linux/lib
?或/opt/eldk/arm/lib copy 过来，再裁减lib 库
?目录 proc
?------->空着但必须有这目录
?4.2.etc/下文件内容修改
?4.2.1 etc/rc.d/rc.sysinit
?这里你还可以按自己的要求修改
?4.2.2 etc/rc.d/rc.local
?以后要启动的程序你可以加在这里
?=============================================================
?#!/bin/sh
?#
?# This script will be executed *after* all the other init scripts.
?# You can put your own initialization stuff in here if you don‘t
?# want to do the full Sys V style init stuff.
?#touch /var/lock/subsys/local
?=======================================
?4.2.3 etc/inittab
?init启动后会首先执行这个文件
?===========================================================?#
?# inittab This file describes how the INIT process should set up
?# the system in a certain run-level.
?# Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
?# 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
?# 1 - Single user mode
?# 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
?# 3 - Full multiuser mode
?# 4 - unused
?# 5 - X11
?# 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
?#
【1】文件系统
挂载文件系统mount -t vfat /dev/mmcblk1p1 /mnt
挂载 指定需要挂载的文件系统的类型 设备节点（文件） 挂载点（文件系统挂载到rootfs的地方）
【2】内核调试
1）点灯是用 GPIO 作为输出，观察程序运行阶段和状态的方法2）printk
内核解压后
信息输出显示是在 console 初始化之后
printascii
console初始化前
printk打印级别：数字越低，级别越高
-
#define KERN_EMERG "<0>" /* system is unusable */
-
#define LERT "<1>” /* action must be taken immediately */
-
#define KERN_CKERN_ARIT "<2>" /* critical conditions */
-
#define KERN_ERR "<3>" /* error conditions */
-
#define KERN_WARNING "<4>" /* warning conditions */
-
#define KERN_NOTICE "<5>" /* normal but significant condition */
-
#define KERN_INFO "<6>" /* informational */
-
#define KERN_DEBUG "<7>" /* debug-level messages
ubuntu系统：
通过proc在运行时查看和修改日志级别
cat /proc/sys/kernel/printk
4 4 1 7
echo “7 4 1 7” >/proc/sys/kernel/printk
cat /proc/sys/kernel/printk
7 4 1 7
3）OOPS
pc寄存器保存内核崩溃时，运行的地址
定位 系统崩溃时的地址
[email protected]:~/work/day_2/linux-3.14-fs4412$ arm-none-linux-gnueabi-addr2line 0xc0278e1c
-e vmlinux -f
指定定位镜像文件 指定出错的文件以及行号
dm9000_probe
/home/linux/work/day_2/linux-3.14-fs4412/drivers/net/ethernet/davicom/dm9000.c:1414
4）调试信息
调试信息一般显示在两个地方 ：终端、log日志
klogd进程：执行系统调用，去访问内核的打印消息
syslog进程：记录非内核打印的消息
void openlog(const char *ident, int option, int facility);
功能：打开日志
参数：ident 日志的标志
option LOG_PID Include PID with each message. 打印的消息附加上进程ID
LOG_CONS Write directly to system console if there is an error while sending to system logger.
把消息显示到log日志
facility 表示的是消息出自于什么类型的进程
LOG_DAEMON system daemons without separate facility value
void syslog(int priority, const char *format, ...);
功能：将消息显示到日志中
参数：priority 级别
LOG_WARNING warning conditio
LOG_NOTICE normal, but significant, condition
LOG_INFO informational message
LOG_DEBUG debug-level message
void closelog(void);
功能：关闭日志
查看日志消息： var/log/syslog日志
文件系统的类型：
磁盘文件系统:驻留在磁盘上的文件系统
FAT16、FAT32、NTFS、EXT2、EXT3、EXT4
网络文件系统：可以远程访问的文件系统
nfs(network filesystem)
内存文件系统：存在内存上的文件系统
tmpfs
只读文件系统：
cramfs
根文件系统（root filesystem）是存放运行、维护系统所必须的各种工具软件、库文件、脚本、
配置文件和其他特殊文件的地方，也可以安装各种软件包。
根文件系统是内核运行之后，加载的第一个文件系统，是其他文件系统的根，可用来挂载其他类型的文件系统，也可视其为特殊的文件系统
必须存在，不存在内核无法运行
文件系统的目录结构：
/etc 存放内核所需要的配置文件（启动文件）
====================================================================
/bin: 普通用户和root用户都能执行的基本程序
ping, mknod, mount, tar, grep, gzip, etc
/sbin: root用户能执行的基本程序
int, insmod, route, mkfs, rmmod, ifconfig
====================================================================
/usr/bin: 更多非必须的用户程序
autorun, bibtex, latex, biff, ftp, wc, whereis, whoami
/usr/sbin: 更多非必须的root工具程序
automount, httpd, in.telnetd, in.talkd, sendmail
====================================================================
/proc 挂载proc文件系统，记录进程的信息
/sys 挂载sysfs文件系统，记录内核所需的特殊文件，设备，总线等信息
/mnt 临时挂载点，挂载其他文件系统使用
/tmp 临时挂载点，挂载其他文件系统使用
====================================================================
/dev 设备节点（文件）
生成bin sbin usr/bin usr/sbin linuxrc
2）mkdir dev etc mnt proc var tmp sys root
3）/etc
inittab fstab init.d/rcS profile
inittab
|
|
fstab
|
|
init.d ---- rcS
|
|
profile
1)initab 内核在加载rootfs的时候，解析该文件
2）init.d/rcS
3）fstab 设置不同的文件系统的挂载点
#device mount-point type options dump fsck order
proc /proc proc defaults 0 0
tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0
sysfs /sys sysfs defaults 0 0
tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0
4）申明库文件，以及进程的路径
export HOSTNAME=farsight
export USER=root
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
LOG_INFO informational message
LOG_DEBUG debug-level message
void closelog(void);
功能：关闭日志
查看日志消息： var/log/syslog日志
【3】文件系统
文件系统：文件存储的格式文件系统的类型：
磁盘文件系统:驻留在磁盘上的文件系统
FAT16、FAT32、NTFS、EXT2、EXT3、EXT4
网络文件系统：可以远程访问的文件系统
nfs(network filesystem)
内存文件系统：存在内存上的文件系统
tmpfs
只读文件系统：
cramfs
根文件系统（root filesystem）是存放运行、维护系统所必须的各种工具软件、库文件、脚本、
配置文件和其他特殊文件的地方，也可以安装各种软件包。
根文件系统是内核运行之后，加载的第一个文件系统，是其他文件系统的根，可用来挂载其他类型的文件系统，也可视其为特殊的文件系统
必须存在，不存在内核无法运行
文件系统的目录结构：
/etc 存放内核所需要的配置文件（启动文件）
====================================================================
/bin: 普通用户和root用户都能执行的基本程序
ping, mknod, mount, tar, grep, gzip, etc
/sbin: root用户能执行的基本程序
int, insmod, route, mkfs, rmmod, ifconfig
====================================================================
/usr/bin: 更多非必须的用户程序
autorun, bibtex, latex, biff, ftp, wc, whereis, whoami
/usr/sbin: 更多非必须的root工具程序
automount, httpd, in.telnetd, in.talkd, sendmail
====================================================================
/proc 挂载proc文件系统，记录进程的信息
/sys 挂载sysfs文件系统，记录内核所需的特殊文件，设备，总线等信息
/mnt 临时挂载点，挂载其他文件系统使用
/tmp 临时挂载点，挂载其他文件系统使用
====================================================================
/dev 设备节点（文件）
【4】根文件系统的制作
1）make生成bin sbin usr/bin usr/sbin linuxrc
2）mkdir dev etc mnt proc var tmp sys root
3）/etc
inittab fstab init.d/rcS profile
inittab
|
|
fstab
|
|
init.d ---- rcS
|
|
profile
1)initab 内核在加载rootfs的时候，解析该文件
-
::sysinit:/etc/init.d/rcS 文件系统中运行第一个脚本
-
:askfirst:-/bin/sh 指定脚本的类型
-
::restart:/sbin/init 文件系统运行的第一个进程（sbin/init） init=/linuxrc 守护进程
-
开启当前的shell环境，服务其他进程，打开其他进程
-
::ctrlaltdel:/sbin/reboot reboot系统重启
2）init.d/rcS
-
#!/bin/sh
-
# This is the first script called by init process
-
/bin/mount -a 执行挂载，与之匹配的是fstab中设置好的挂载点
-
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug 生效热插拔机制
-
/sbin/mdev -s
3）fstab 设置不同的文件系统的挂载点
#device mount-point type options dump fsck order
proc /proc proc defaults 0 0
tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0
sysfs /sys sysfs defaults 0 0
tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0
4）申明库文件，以及进程的路径
export HOSTNAME=farsight
export USER=root
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH