第七章 linux內(nèi)核配置與文件系統(tǒng)制作

7.1Linux簡介7.2Linux內(nèi)核配置7.3根文件系統(tǒng)2024/3/122桌面版本：面向PC用戶的桌面發(fā)行版本，常見的如redhat、fedora、debian、Ubuntu、SUSE、紅旗等。Linux內(nèi)核內(nèi)核是所有l(wèi)inux系統(tǒng)的中心軟件組件。嵌入式領(lǐng)域所說的linux，一般是指linux內(nèi)核。移植也是指的是移植linux內(nèi)核到目標平臺。Linux介紹內(nèi)核:是一個操作系統(tǒng)的核心。它負責管理系統(tǒng)的進程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。Linux內(nèi)核由5個主要的子系統(tǒng)組成：進程調(diào)度（SCHED）內(nèi)存管理（MM）虛擬文件系統(tǒng)（VFS）網(wǎng)絡(luò)接口（NET）進程間通信（IPC）

進程調(diào)度：

控制著進程對CPU的訪問。Linux使用比較簡單的基于優(yōu)先級的進程調(diào)度算法選擇新的進程。內(nèi)存管理：內(nèi)存管理允許多個進程安全地共享主內(nèi)存區(qū)域。Linux的內(nèi)存管理支持虛擬內(nèi)存，即在計算機中運行的程序，其代碼、數(shù)據(jù)和堆棧的總量可以超過實際內(nèi)存的大小，操作系統(tǒng)只將當前使用的程序塊保存在內(nèi)存中，其余的程序塊則保留在磁盤上。必要時，操作系統(tǒng)負責在磁盤與內(nèi)存之間交換程序塊。虛擬文件系統(tǒng):

它可以隱藏各種硬件的具體細節(jié)，為所有設(shè)備提供統(tǒng)一的接口，VFS還支持多達數(shù)十種不同的文件系統(tǒng)，這也是Linux較有特色的一部分。網(wǎng)絡(luò)接口：提供對各種網(wǎng)絡(luò)標準的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持。網(wǎng)絡(luò)接口可分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序兩部分。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分負責實現(xiàn)每一種可能的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議;網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序負責與硬件設(shè)備進行通信;進程間通信：它的作用是支持進程間各種通信機制。Linux內(nèi)核的版本號2.6.24其中，2是主版本號，6是次版本號，24是修訂版本號。如果次版本號是偶數(shù)，說明是穩(wěn)定版本。如果次版本號是奇數(shù)，則是開發(fā)版本。我們一般使用穩(wěn)定版本。Linux操作系統(tǒng)的發(fā)展Linux之父：李納斯·托沃茲(LinusTorvalds)Linux基本體系結(jié)構(gòu)7.1Linux簡介7.2Linux內(nèi)核配置7.3根文件系統(tǒng)為什么重新編譯內(nèi)核linux作為一個自由軟件，在廣大愛好者的支持下，內(nèi)核版本不斷更新。新的內(nèi)核增加了許多新的特性。如果用戶想要使用這些新特性，或想根據(jù)自己的系統(tǒng)度身定制一個更高效，更穩(wěn)定的內(nèi)核，就需要重新編譯內(nèi)核。為什么要重新定制自己的內(nèi)核?

一般主要有下面四個考慮：

(1)尺寸小自己定制編譯的內(nèi)核具有更少的代碼,運行會更快

(2)節(jié)省內(nèi)存由于內(nèi)核部分永遠占用物理內(nèi)存,定制內(nèi)核可使系統(tǒng)擁有更多的物理內(nèi)存

(3)減少漏洞不需要的功能編譯進入內(nèi)核可能會增加被系統(tǒng)攻擊者利用的漏洞

(4)動態(tài)加載模塊根據(jù)需要動態(tài)地加載或者卸載模塊,可以節(jié)省系統(tǒng)內(nèi)存1.4內(nèi)核編譯模式

要增加對某部分功能的支持，比如:網(wǎng)絡(luò)之類，可以把相應(yīng)部分編譯到內(nèi)核中（build-in），也可以把該部分編譯成模塊（module），動態(tài)調(diào)用。如果編譯到內(nèi)核中:優(yōu)點:

在內(nèi)核啟動時就可以自動支持相應(yīng)部分的功能，這樣的優(yōu)點是方便、速度快，機器一啟動，你就可以使用這部分功能了；缺點:

會使內(nèi)核變得龐大起來，不管你是否需要這部分功能，它都會存在;建議經(jīng)常使用的部分直接編譯到內(nèi)核中，比如網(wǎng)卡。Linux內(nèi)核的配置(1/6).config文件這是對linux編譯時所依賴的文件。我們在配置內(nèi)核時所做的任何修改，最終都會在這個文件中體現(xiàn)出來。它是Makefile對內(nèi)核進行處理的重要依據(jù)。一般來說，內(nèi)核提供了芯片公司demo板的.config文件，可找一個近似的進行修改。Linux內(nèi)核的配置(2/6)三種配置方式●makeconfig基于文本對話的配置方式，比較細致，但是浪費時間。對專業(yè)的內(nèi)核開發(fā)人員比較合適?！駇akexconfig基于圖形界面的配置方式。非常直觀，但是需要特殊的軟件支持，一般不推薦。●makemenuconfig推薦的內(nèi)核配置方式，采用目錄的方式，直觀，容易使用。

基于圖形界面的menuconfig配置菜單Linux內(nèi)核的配置(3/6)Kconfig在進行makemenuconfig時，目錄的生成依賴于Kconfig文件。一般來說，每個源代碼目錄下都有一個Kconfig文件。configDM9000tristate"DM9000support"dependsonARM||BLACKFIN||MIPSselectCRC32selectMII---help---SupportforDM9000chipset.Tocompilethisdriverasamodule,chooseMhere.Themodulewillbecalleddm9000.Linux內(nèi)核的配置(4/6)Kconfig對.config文件的影響：……………CONFIG_DM9000=y……………makemenuconfig對內(nèi)核配置所做的修改最終反映在.config文件中。如上所示，在.config文件中CONFIG_DM9000=y被定義為y。Linux內(nèi)核的配置(5/6)Kconfig對Makefile的影響：………………..obj-$(CONFIG_DM9000)+=dm9000.o………………CONFIG_DM9000是tristate類型，有三個可能取值：y：編譯進內(nèi)核m：編譯成模塊n：不進行編譯若是bool類型，則只有兩種可能，y或者n。Linux內(nèi)核的配置(6/6)MakefileLinux內(nèi)核源碼的每個目錄下都有一個Makefile，由該Makefile對源代碼的編譯、鏈接等操作進行控制。編譯完成后，每個源代碼目錄下都會生成一個名叫built-in.o的文件。這個文件由源代碼目錄下的所以源文件編譯后的目標文件鏈接而成；而不同的built-in.o又被上層目錄中的Makefile鏈接成更大的builtin.o，直到最后鏈接成為一個內(nèi)核vmlinux.o。Linux內(nèi)核移植——交叉編譯關(guān)于交叉編譯由于我們的目標平臺是ARM，而在x86平臺上進行開發(fā)，故必須進行交叉編譯。修改內(nèi)核的頂層Makefile：…………………..ARCH?=armCROSS_COMPILE?=arm-linux-……………………表示我們的目標平臺是ARM構(gòu)架的，而使用的交叉編譯器的前綴是arm-linux例:在內(nèi)核配置中添加對USB輸入設(shè)備的支持1.Makemenuconfig進入配置菜單2.添加Inputcoresupport具體的每個內(nèi)核配置選項的含義需要逐個研究網(wǎng)絡(luò)上下載視頻學習這里不再贅述2024/3/12247.1Linux簡介7.2Linux內(nèi)核配置7.3根文件系統(tǒng)

1.根文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根文件系統(tǒng)是Linux內(nèi)核啟動后第一個掛載的文件系統(tǒng)。在根文件系統(tǒng)中存放著內(nèi)核鏡像、各種系統(tǒng)配置文件以及一些其他的重要文件（例如設(shè)備文件、命令程序等）。為了保證通用性，根文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)需要遵守FHS（文件系統(tǒng)層次標準）標準（FilesystemHierarchyStandard)。FHS標準定義了根文件系統(tǒng)中每個目錄名稱及其作用的規(guī)則規(guī)范。任何一個分區(qū)都必須掛載到某個目錄上。目錄是邏輯上的區(qū)分。分區(qū)是物理上的區(qū)分。

磁盤Linux分區(qū)都必須掛載到目錄樹中的某個具體的目錄上才能進行讀寫操作。根目錄是所有Linux的文件和目錄所在的地方，需要掛載上一個磁盤分區(qū)。根本目的：把不同資料，分別放入不同分區(qū)中管理

2024/3/1229目錄與分區(qū)基于FLASH的RomfsCramfsJffs/jffs2Yaffs基于RAM的RamdiskTmpfs用戶可以根據(jù)可靠性、健壯性和／或增強的功能的需求來選擇文件系統(tǒng)的類型。2024/3/12302.嵌入式linux系統(tǒng)中常用的文件系統(tǒng)要求文件系統(tǒng)在頻繁的文件操作（例如，新建，刪除，截斷）下能夠保持較高的讀寫性能，要求低碎片化。Linux下的日志文件系統(tǒng)（XFS,ReiserFS,Ext3等）能保持數(shù)據(jù)的完整性，但消耗過多系統(tǒng)資源,的弱點使之不能成為嵌入式系統(tǒng)中的主流應(yīng)用。并且這些都是專門為硬盤這類的存儲設(shè)備優(yōu)化，對于flash這類的存儲介質(zhì)并不適用。因為現(xiàn)有的嵌入式文件系統(tǒng)的碎片化的問題，大部分的嵌入式設(shè)備只給用戶提供了只讀文件系統(tǒng)，給用戶帶來不便。嵌入式文件系統(tǒng)的載體是以Flash為主的存儲介質(zhì)，所以為了延長Flash的使用壽命，應(yīng)該盡量減少對Flash的寫入操作。文件系統(tǒng)采用DirectI/O的話，使I/O效率明顯降低，增加了寫入次數(shù)；但采用延時寫的話，雖然能夠降低碎片問題，如果加入日志系統(tǒng)的話，有不能保證數(shù)據(jù)的安全性。這是一個矛盾。Linux對文件系統(tǒng)的要求：Ramdisk文件系統(tǒng)Ramdisk是通過將RAM用作設(shè)備來創(chuàng)建和掛裝文件系統(tǒng)的一種機制，它通常用于無盤系統(tǒng)（當然包括微型嵌入式設(shè)備，它只包含作為永久存儲媒質(zhì)的閃存芯片）。

RomFS文件系統(tǒng)uClinux系統(tǒng)多采用Romfs文件系統(tǒng)，Romfs是一種相對簡單、占用空間較少的文件系統(tǒng)。首先內(nèi)核支持Romfs文件系統(tǒng)比支持ext2文件系統(tǒng)需要更少的代碼；其次romfs文件系統(tǒng)相對簡單，在建立文件系統(tǒng)超級塊（Superblock）需要更少的存儲空間。Romfs是只讀的文件系統(tǒng)，禁止寫操作，因此系統(tǒng)同時需要虛擬盤（RAMDISK）支持臨時文件和數(shù)據(jù)文件的存儲。

只讀文件系統(tǒng)，可以放在ROM空間，也可以在系統(tǒng)的RAM中CRAMFS文件系統(tǒng)CRAMFS中的數(shù)據(jù)已被壓縮，屬于只讀性文件系統(tǒng)，不能在閃存中修改。用戶想獲取數(shù)據(jù)時，CRAMFS先把數(shù)據(jù)送到RAM中，用戶從RAM中讀取。一般CRAMFS的上層為RAMFS文件系統(tǒng)，經(jīng)修改過的文件都保存在RAM中。RAMFS和CRAMFS結(jié)合的缺陷在于，一旦出現(xiàn)掉電等特殊情況，保存在RAMFS中的修改數(shù)據(jù)將全部丟失。JFFS2文件系統(tǒng)JFFS2是比較常用的嵌入式日志文件系統(tǒng)。JFFS2因為有以下這些優(yōu)點而在無盤嵌入式設(shè)備中越來越受歡迎：

JFFS2在扇區(qū)級別上執(zhí)行閃存擦除／寫／讀操作要比Ext2文件系統(tǒng)好。

JFFS2提供了比Ext2fs更好的崩潰／掉電安全保護。當需要更改少量數(shù)據(jù)時，Ext2文件系統(tǒng)將整個扇區(qū)復(fù)制到內(nèi)存（DRAM）中，在內(nèi)存中合并新數(shù)據(jù)，并寫回整個扇區(qū)。這意味著為了更改單個字，必須對整個扇區(qū)（64KB）執(zhí)行讀／擦除／寫例程―這樣做的效率非常低。要是運氣差，當正在DRAM中合并數(shù)據(jù)時，發(fā)生了電源故障或其它事故，那么將丟失整個數(shù)據(jù)集合，因為在將數(shù)據(jù)讀入DRAM后就擦除了閃存扇區(qū)。JFFS2附加文件而是重寫整個扇區(qū)，并且具有崩潰／掉電安全保護這一功能。3、創(chuàng)建根文件系統(tǒng)step1創(chuàng)建目錄。

step2創(chuàng)建必要的設(shè)備文件。

step3安裝所需的共享庫。

step4安裝init文件、Shell和各種基本命令（可由busybox提供）。

step5創(chuàng)建和編輯配置文件。Step1創(chuàng)建目錄

首先創(chuàng)建一個新的目錄rootfs，作為整個根文件系統(tǒng)的根目錄，如：

接著根據(jù)FHS標準依次創(chuàng)建各個子目錄，如下所示：Step2創(chuàng)建根文件系統(tǒng)中的命令文件、設(shè)備文件

在創(chuàng)建根文件系統(tǒng)中的命令文件、設(shè)備文件時，最簡單的辦法就是直接復(fù)制桌面Linux系統(tǒng)中的文件。

（1）bin。bin目錄下存放的是命令程序文件。在桌面Linux系統(tǒng)中包含了文件管理、系統(tǒng)管理和設(shè)置、磁盤管理等數(shù)百個命令文件。具體操作如下所示：上述命令的意思是指，將Linux系統(tǒng)中bin目錄中的ls和date命令文件復(fù)制到rootfs/bin目錄下。（2）dev。dev目錄下存放的是各種設(shè)備文件。

1）控制臺設(shè)備。控制臺終端用于顯示各種信息，顯示器是一種最常見的控制臺終端。在linux系統(tǒng)中，控制臺的設(shè)備文件是console?？刂婆_在其他設(shè)備驅(qū)動初始化前就可以使用，因此常用來顯示內(nèi)核的啟動信息。

2）虛擬控制終端。為了滿足多用戶多任務(wù)的需要，可以通過虛擬控制終端來使用控制臺終端。例如tty1、tty2、tty3文件等。

3）串口終端。串口終端是使用串行端口連接的終端設(shè)備。在Linux系統(tǒng)中常用的串口終端設(shè)備文件有ttyS0、ttyS1等。在Linux2.6內(nèi)核中ttyS0文件稱為ttySAC0。

這里-a參數(shù)用來保留文件的所有屬性，否則cp命令將試圖從設(shè)備文件中讀取內(nèi)容并寫入新文件。在嵌入式系統(tǒng)中，出于某種需要可能不希望動態(tài)創(chuàng)建設(shè)備文件，這時，所需的設(shè)備文件就要用mknod命令預(yù)先在根文件系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建，或者將創(chuàng)建設(shè)備文件的命令寫入系統(tǒng)的初始化腳本中。有關(guān)mknod命令的介紹：mknod:創(chuàng)建特殊文件語法mknod[必要參數(shù)][選擇參數(shù)][主設(shè)備號][次設(shè)備號]功能建立一個目錄項和一個特殊文件的對應(yīng)索引節(jié)點建立的文件有三種b：塊設(shè)備c：字符設(shè)備p：管道文件執(zhí)行權(quán)限:超級用戶命令屬性:系統(tǒng)設(shè)置Step3安裝共享庫

lib。lib目錄下存放的是函數(shù)庫文件。在嵌入式linux系統(tǒng)中可以根據(jù)實際的需要選擇各種庫文件。對于使用動態(tài)編譯方式編譯的C應(yīng)用程序來說，以下兩個庫文件是必須的。libc:該庫是C應(yīng)用程序必須使用的基本C函數(shù)庫。ld-linux:該庫是動態(tài)鏈接器，提供動態(tài)鏈接函數(shù)庫的功能。直接從交叉編譯器的lib目錄下把以上庫文件復(fù)制到文件系統(tǒng)的lib目錄下，如下所示：除以上基本庫之外，還有以下一些其他的常用共享庫：libd1.so.2libpthread.so.0libutil.so.1如果要運行C++源碼編譯得到的應(yīng)用程序，則還需要以下共享庫：libstdc++.so.5libgcc_s.so.1

busybox是嵌入式系統(tǒng)中常用的一個軟件包，它把許多常用的Linux命令都集成到一個單一的可執(zhí)行程序中，幾乎只需要這一個可執(zhí)行程序加上Linux內(nèi)核就可以構(gòu)建一個基本的Linux系統(tǒng)。busybox忽略了許多不常用的功能，因此非常小巧，