教你一种实现嵌入式Linux系统新方法

时间:2021-06-20 18:51:11
摘要

在Linux中会遇到由于文件系统损坏,需要人工修复而导致系统无法正常启动的现象。本文采用Linux初始化内存盘 (INITRD)技术,并把内存的一部分作为Linux的根目录,每次启动把完整的文件系统解压到这里,避免了系统从损坏的文件系统启动。这不仅使系统能 正常启动,而且提高了系统性能。

引言

在Linux操作系统中,有一项特殊的功能——初始化内存盘INITRD (INITial Ram Disk)技术,而且内核支持压缩的文件系统映像。有了这两项功能,我们可以让Linux系统从小的初始化内存盘启动,并把系统内存的一部分作为根文件系 统挂载,而且不使用交换分区(如果不运行X Windows这是完全可以的),即把Linux系统完全嵌入到内存中,而不依赖于任何其他硬盘。现在PC机内存至少128M,而根文件系统所用的只有 30MB,因此不仅不会使整机性能下降,反而有很大的提高。

由于系统不工作在硬盘上,所以系统消除了由于机械驱动而导致的问题;因为 系统运行于内存中,根文件系统和操作完全在CPU/RAM环境下,系统性能在速度和可靠性方面非常好;它不会由于非法关机而破坏文件系统,因为我们每一次 启动是把压缩的文件系统解压至内存盘中作为根文件系统挂载。

1 硬件要求

对于这样一个系统,硬件不需要特别的设 计,只是通过普通的PC机上的组件实现。值得一提是系统的内存的大小,它至少应该有64M。因为30M作为Ramdisk使用,剩下30多兆作为系统运 行,才能保证系统的正常工作,我们现在的计算机内存一般为128M,这个条件都能满足。唯一特别的是一个flash盘 ,它相当于一个IDE接口的硬盘,大小为20M,主要用它作为启动LILO和放置根文件系统压缩包。

2 Ramdisk的使用

Ramdisk 就是将内存的一部分分配为一个分区并作为硬盘来使用。对于系统运行时不断使用的程序,将它们放在Ramdisk中将加快计算机的操作,如大数据量的网络服 务器、无盘工作站等。为了能够使用Ramdisk,我们在编译内核时须将block device中的Ramdisk支持选上,它下面还有两个选项,一个是设定Ramdisk的大小,默认是4096k;另一个是initrd的支持。它既可 以直接编译进内核,也可以编译成模块,在需要的时候加载。我们由于在启动时就用它,所以必须将它直接编译进内核。

如果对 Ramdisk的支持已经编译进内核,我们就可以使用它了。首先在/mnt目录下创建目录ram,运行mkdir /mnt/ram;然后对/dev/ram0创建文件系统,运行mke2fs /dev/ram;最后挂载上/dev/ram,运行mount /dev/ram /mnt/ram,就可以象对普通硬盘一样对它进行操作了。值得注意的是,在创建文件系统的时候,在屏幕上输出1024 inodes ,4096 blocks,即ramdisk大小为4M=4096个块,但是我们挂载上之后,用命令df –k /dev/ram查看时,显示出来ramdisk大小只有3963K,这是由于文件系统本身占用了一些空间。

我们能根据需要改变 ramdisk地大小。如我们要把默认的4M增大到10M,当ramdisk是直接编译进内核的情况下,可在LILO配置文件lilo.conf中加入一 行:append=“ramdis_size=10000”,运行LILO后,重启计算机后,ramdisk大小变为10M,或者在启动是作为启动行参数 ramdis_size=10000;当ramdisk是作为可加载模块编译时,需要在模块加载配置文件/etc/modules.conf中加入一行: options rd rd_size=10000,或者在加载rd模块是在后面加上说明,即insmod rd rd_size=10000。

3 实现过程

3.1创建压缩的文件系统

我 们的实现过程是依赖于存在的Linux系统。首先启动一般的Linux系统,在这个系统中根据自己的需要,创建一个适合功能的文件系统。例如我们要实现 Apache网络服务器,那么只要把完成系统启动和基本维护需要的一些命令、脚本、配置文件和库函数留下,再加上实现Apache服务器所需要的。具体过 程为:

在Linux下建立目录/minlinux,我们在此目录下创建的文件系统。系统的所有静态链接库,帮助手册(man pages),信息页(info pages),头文件,内核源码对于系统运行是完全无用的,所以不需要它们。在目录bin下放系统维护的一些基本工具,如ls、mv、grep、 chown、chmod、chgrp、ln、rm等;在sbin下是系统启动过程通常需要的命令,如bash、e2fsck、mke2fs、fdisk、 insmod、rmmod、depmod、modprobe、lsmod、shutdown、reboot、login、init、getty、 mount、umount、等;usr/bin下放置Apache应用程序http和其他一些特殊工具。然后根据这些可执行文件需要的动态链接库来确定 lib目录下的内容。当然目录etc下的配置文件,dev下的设备文件需要的都必须要有,它们都是和可执行文件对应的,因为许多可执行文件执行时,一般是 打开设备,根据配置文件来运行。有一个特殊的目录proc应该设置,在内核编译选项文件系统选择中,我们选择对文件系统proc的支持,那么在系统运行之 后它下面有许多内容,这些内容是实时、不断跟踪系统内核和正在运行的进程的状态而产生的,但不占用任何磁盘空间,而是驻留在内存中。在某些情况下,可以通 过它来系统设置,许多工具从这里获取信息,如dmesg、ps、top等。文件系统制作完成,大小应该在20MB左右。

接下来把文件系统拷贝至ramdisk为生成ramdisk映像文件做准备。我们把系统的ramdisk 改变到30M,重启计算机后,执行下列操作:

dd if=/dev/zero of=/dev/ram bs=1k count=30000 把ramdisk调整到零,以便后面有更高的压缩率;

mke2fs –m0 /dev/ram 30000 在ramdisk上建立30M的ext2文件系统;

mount /dev/ram /mnt/ram 将已格式化的ramdisk挂载至目录/mnt/ram;

cp –av /minlinux/* /mnt/ram 将文件结构拷贝至ramdisk。

然后我们对/mnt/ram/etc目录下的文件进行修改。主要的文件是fstab,它负责在系统启动时把系统要挂载的文件系统信息传递给启动进程,我们使用ramdisk作为根文件系统,且不需要交换分区,所以此文件配置为:


/dev/ram / ext2 defaults 1 1
none /proc proc defaults 0 0


即可。一般来说系统启动时都要激活交换分区,即在启动脚本中有swapon –a 命令,但我们不需要交换分区,因此要把这一项移除,否则启动时会打印错误信息然后停止启动。