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前端
ubuntu-base 是Ubuntu官方構建的ubuntu最小文件系統,包含debain軟件包管理器,基礎包大小一般只有幾十兆,其背後有整個ubuntu軟件源支持,ubuntu軟件通常穩定性比較好,基於ubuntu-base按需安裝Linux軟件,深度可定製......,經常使用於嵌入式rootfs構建。node
嵌入式常見的幾種文件系統構建方法:busybox、yocto、builroot,我以爲它們都不如Ubuntu方便,強大的包管系統,有強大的社區支持,能夠直接apt-get install來安裝新軟件包。本文介紹瞭如何基於Ubuntu-base構建完整的ubuntu 系統。對於安裝過archlinux或者構建過LFS的朋友,對該方式再熟悉不過了。linux
ubuntu支持不少架構,arm、X8六、powerpc、ppc等,本文主要基於X86_64爲例,arm、arm64也給出了簡單的製做步驟,其餘架構操做相似。sql
從ubuntu最小文件系統ubuntu-base開始,構建一個具備X-windows的完整系統。shell
ubuntu-base-16.04.6-base-amd64.tar.gz
/dev/sda1 #UEFI分區 500MB /dev/sda2 #宿主系統根分區 20GB /dev/sda3 #用來構建ubuntu-base 5GB
環回(loopback)文件系統是Linux類系統中很是有趣的部分。咱們一般是在設備上(例如磁盤分區)建立文件系統。這些存儲設備可以以設備文件的形式來使用,好比 /dev/device_name。爲了使用存儲設備上的文件系統,咱們須要將其掛載到一些被稱爲掛載點(mount point)的目錄上。環迴文件系統是指那些在文件中而非物理設備中建立的文件系統。咱們能夠將這些文件做爲文件系統掛載到掛載點上。這實際上可讓咱們在物理磁盤上的文件中建立邏輯磁盤。ubuntu
咱們的目的:建立一個迴環文件模擬一個大小10GB的物理磁盤,並在該回環鏡像中分兩個區:vim
也就是建立一個大小10G的文件。windows
$dd if=/dev/zero of=ubuntu_base.img bs=1G count=10 記錄了10+0 的讀入 記錄了10+0 的寫出 10737418240 bytes (11 GB, 10 GiB) copied, 84.1916 s, 128 MB/s
你會發現建立好的文件大小超過了1GB。這是由於硬盤做爲塊設備,其分配存儲空間時是按照塊大小的整數倍來進行的。此時能夠直接對這個文件做爲一整個分區格式化並使用,操做以下。bash
用mkfs
命令將1GB的文件格式化成ext4文件系統:服務器
$mkfs.ext4 ubuntu_base.img
可以使用下面的命令就可看到已是文件系統了:
$ file ubuntu_base.img loobackfile.img: Linux rev 1.0 ext4 filesystem data, UUID=3be1775c-8976-445d-9134-8daabb2bade7 (extents) (64bit) (large files) (huge files)
如今就能夠掛載環迴文件了:
$sudo mkdir /mnt/loopback $sudo mount -o loop ubuntu_base.img /mnt/loopback
-o loop
用來掛載環迴文件系統。
這其實是一種快捷的掛載方法,咱們無需手動鏈接任何設備。可是在內部,這個環迴文件鏈接到了一個名爲/dev/loop1
或loop2
的設備上。
咱們也能夠手動來操做:
$sudo losetup /dev/loop1 ubuntu_base.img $sudo mount /dev/loop1 /mnt/loopback
使用下面的方法進行卸載(umount):
$sudo umount /mnt/loopback
也能夠用設備文件的路徑做爲umount命令的參數:
$sudo umount /dev/loop1
以上是將整個文件做爲一個分區使用的方法,但咱們的目的是在該文件內分多個區,繼續。
創建分區可使用fdisk
或parted
工具,本人比較喜歡用parted
,對於設置啓動分區很是方便。
$ sudo parted ubuntu_base.img GNU Parted 3.2 使用 /home/work/loobackfile.img 歡迎使用 GNU Parted! 輸入 'help'可得到命令列表. (parted)
新建UEFI分區:
對於UEFI啓動方式,首先要設置建立label爲msdos;
(parted) mklabel msdos
建立分區大小500M:
(parted)mkpart primary fat32 0 500MB
查看新建立的分區,該分區編號爲1:
(parted) p Model: (file) 磁盤 /home/work/ubuntu_base.img: 10.7GB Sector size (logical/physical): 512B/512B 分區表:msdos Disk Flags: 數字 開始: End 大小 類型 文件系統 標誌 1 512B 500MB 500MB primary fat32 lba (parted)
將該分區設置爲boot(UEFI啓動)分區:
(parted) set 1 boot on (parted) p Model: (file) 磁盤 /home/work/ubuntu_base.img: 10.7GB Sector size (logical/physical): 512B/512B 分區表:msdos Disk Flags: 數字 開始: End 大小 類型 文件系統 標誌 1 512B 500MB 500MB primary fat32 啓動, lba (parted)
設置後經過p
命令能夠看到,標誌處多了啓動(boot)
標誌。
將剩餘空間建立根分區:
(parted) mkpart primary ext4 500MB 100%
到此兩個分區建立完畢,使用p
查看,q
保存退出:
(parted) p Model: (file) 磁盤 /home/work/ubuntu_base.img: 10.7GB Sector size (logical/physical): 512B/512B 分區表:msdos Disk Flags: 數字 開始: End 大小 類型 文件系統 標誌 1 512B 500MB 500MB primary fat32 啓動, lba 2 500MB 10.7GB 10.2GB primary ext4 lba
鏡像文件已經被分爲兩個區,可是尚未格式化,要對內部的兩個分區進行格式化就須要先將兩分區掛載到設備。
有一個更快的方法能夠掛載鏡像中的全部分區——kpartx
。它並無安裝默認在系統中,你得使用軟件包管理器進行安裝:
$sudo apt-get install kpartx
執行如下命令自動掛載鏡像文件中的分區:
$sudo kpartx -v -a ubuntu_base.img add map loop0p1 (253:0): 0 976562 linear 7:0 1 add map loop0p2 (253:1): 0 19994624 linear 7:0 976896
這條命令在磁盤鏡像中的分區與/dev/mapper
中的設備之間創建了映射,隨後即可以格式化/掛載這些設備。
格式化兩個分區:
$ sudo mkfs.fat -F 32 /dev/mapper/loop0p1 #loop0p1 迴環設備的分區1 $ sudo mkfs.ext4 /dev/mapper/loop0p2 #loop0p1 迴環設備的分區2
格式換完成後就能夠掛載兩個分區:
$ sudo mkdir /mnt/loopback $ sudo mount /dev/mapper/loop0p2 /mnt/loopback #掛載根分區 $ sudo mkdir -p /mnt/loopback/boot/efi $ sudo mount /dev/mapper/loop0p1 /mnt/loopback/boot/efi #掛載uefi啓動分區
將目標分區格式化後掛載到/mnt
目錄,若是掛載的是其餘目錄後面的全部命令均需更改:
sudo mkfs.ext4 /dev/sda3 sudo mount /dev/sda3 /mnt
將ubuntu-base-16.04.6-base-amd64.tar.gz
解壓到/mnt
目錄:
sudo tar -xpvf ubuntu-base-16.04.6-base-amd64.tar.gz -C /mnt
注意:須要保留ubuntu-base中的文件權限及全部者,解壓時須要root權限或者sudo操做,且使用-p
參數保留權限。
ubuntu-base中有默認ubuntu官方源,若是鏈接上互聯網且訪問官方源速度不受限制的話不須要更換。配置文件/etc/apt/sources.list
更換源,本文宿主系統與要構建的系統硬件架構及版本一致,因此直接拷貝便可。
sudo cp /etc/apt/sources.list /mnt/etc/apt/
進入目標環境須要聯網,須要先配置DNS,拷貝宿主系統文件/etc/resolv.conf
到/mnt/etc/
目錄下:
sudo cp /etc/resolv.conf /mnt/etc/
ubuntu-base默認只有root用戶,若是須要像普通ubuntu那樣可隨意建立普通用戶,須要向Ubuntu-bae裏添加用戶默認配置文件夾/etc/skel
,該文件夾內包含用戶建立時的默認配置文件如.bashrc、.profile
等,若沒有該文件夾,在構建出的文件系統中執行adduser
添加的用戶會有各類問題,因此將宿主系統/etc/skel
拷貝至ubuntu-base:
sudo cp -R /etc/skel /mnt/etc/
方法1:使用原始的方法,來進入chroot環境
掛載和激活 /dev:一般激活 /dev 目錄下設備的方式是在 /dev 目錄掛載一個虛擬文件系統(好比 tmpfs),而後容許在檢測 到設備或打開設備時在這個虛擬文件系統裏動態建立設備節點。這個一般是在啓動過程當中由 udev 完成。因爲咱們的ubuntu-base新系統尚未 udev,也沒有被引導,有必要手動掛載和激活 /dev 這能夠經過綁定掛載宿主機系統的/dev 目錄來實現。綁定掛載是一種特殊的掛載模式,它容許在另外的位置建立某個目錄或掛載點的鏡像。運行下面的命令來實現:
sudo mount -v --bind /dev /mnt/dev
掛載虛擬文件系統:
sudo mount -vt devpts devpts /mnt/dev/pts -o gid=5,mode=620 sudo mount -vt proc proc /mnt/proc sudo mount -vt sysfs sysfs /mnt/sys sudo mount -vt tmpfs tmpfs /mnt/run
進入chroot環境:
chroot /mnt
方法2:使用arch-chroot
linux發行版archlinux提供了一個自動化chroot的腳本arch-chroot
,包含自動配置DNS文件、自動掛載虛擬文件系統等操做,用來維護linux系統很是方便,chroot時無需掛載等操做直接執行:
sudo arch-chroot /mnt
arch-chroot
是方法1的封裝,除此以外有會對目標系統進行檢測並預先配置,其源碼見附錄。
chroot 後爲root用戶,直接執行操做:
更新軟件包列表並升級:
apt-get update apt-get upgrade apt-get locales
apt-get install linux-headers-4.4.0-164-generic linux-image-4.4.0-164-generic linux-modules-4.4.0-164-generic
echo "LANG=en_US.UTF-8" > /etc/locale.conf
自動補全工具bash-completion
.
apt-get install bash-completion
apt-get install grub-efi-amd64-bin
apt-get x-window-system-core
apt-get qt5-default libsqlite3-dev
到此該系統可運行基本的圖形程序。
按需ubuntu各類桌面環境,任選其一,也可同時安裝多個,經過systemd選擇開機啓動的登陸管理器來登陸對應的桌面。
GDM-GNOME登陸管理器;
SDDM - 基於QML的顯示管理器和KDM的後繼者; 推薦用於 Plasma和 LXQt;
XDM - X顯示管理器,支持XDMCP;
LightDM - 跨桌面顯示管理器,可使用任何工具包中編寫的各類前端,Ubuntu16.04默認使用該管理器。
sudo apt-get install lubuntu-desktop
其登陸管理器爲gdm,須要先安裝xdn。
sudo apt-get install gdm sudo -y --no-install-recommends ubuntu-gnome-desktop
xfce 是一款輕量級桌面.其登陸管理器爲xdm,須要先安裝xdn。
apt-get install -y xdm
安裝桌面環境
apt-get install -y --no-install-recommends xubuntu-desktop
開機啓動桌面管理器。
systemctl enable xdm
sudo apt-get install ubuntu-mate-core sudo apt-get install ubuntu-mate-desktop
.......
arm下構建流程與上面相似,能夠不使用換回鏡像,直接使用一個空文件夾rootfs
,在該文件夾內進行Ubuntu rootfs構建,構建完成後再將該文件夾下的全部文件拷貝到SD卡已格式格式化後的rootfs分區內便可,也可直接掛載SD卡內的rooyfs分區操做。
目前通常arm的板子都支持從SD卡啓動,同時SD卡內有兩個分區,一個Fat32的啓動分區內存放u-boot,另外一個ext4分區爲根文件系統。對於nand flash啓動的板子,將roofs按文件系統類型製做燒寫鏡像,燒寫nandflash便可。
因爲arm板子的開放性,板子外設、接口等硬件資源不盡相同,不一樣的廠家區別很大,不像X86由硬件廠商經過BIOS(UEFI)屏蔽底層差別,兼容性強(不過如今arm這方面已改善,在arm服務器領域已與X86同樣使用UEFI標準了,樹莓派安裝win10就是UEFI應用的一個例子,此外設備樹也是借鑑了UFEI ACPI,關於UEFI,可經過https://www.zhihu.com/topic/19573354/top-answers瞭解)。因此完成rootfs構建後,還須要移植好Linux內核和u-boot、設備樹等。
以ubuntu16爲例,下載arm架構的ubuntu-base壓縮包,能夠看到有幾類之後綴armXXX結尾的,它們的含義以下:
下面以armhf爲例。
sudo apt-get install multistrap qemu qemu-user-static binfmt-support dpkg-cross
將ubuntu-base包解壓到準備的rootfs文件夾,這裏爲/mnt
,下面命令根據實際狀況更換。
$sudo tar -xpvf ubuntu-base-16.04.4-base-armhf.tar.gz -C /mnt
拷貝qemu-arm-static
到剛剛解壓出來的目錄/mnt/usr/bin/
:
$sudo cp /usr/bin/qemu-arm-static /mnt/usr/bin
如果arm64則拷貝qemu-aarch64-static
:
$sudo cp /usr/bin/qemu-arm64-static /mnt/usr/bin
接下來的一切都和2.3 進入chroot環境,一致了。更新源並安裝須要的軟件。
apt-get update apt-get install net-tools vim bash-completion ...
也可經過chroot直接執行某個命令,例如修改root密碼,,其中/mnt
是咱們的rootfs目錄:
$sudo chroot /mnt passwd
直接安裝軟件:
$sudo LC_ALL=C LANGUAGE=C LANG=C chroot /mnt apt-get install packagename
安裝內核,將內核和設備樹保存到rootfs中的boot目錄,即/mnt/boot/
下。nand flash除外。
與普通文件系統燒寫一致,製做燒寫鏡像,燒寫SD卡或nandflash。
請遵照相關開源協議。
#!/bin/bash shopt -s extglob # generated from util-linux source: libmount/src/utils.c declare -A pseudofs_types=([anon_inodefs]=1 [autofs]=1 [bdev]=1 [binfmt_misc]=1 [cgroup]=1 [cgroup2]=1 [configfs]=1 [cpuset]=1 [debugfs]=1 [devfs]=1 [devpts]=1 [devtmpfs]=1 [dlmfs]=1 [fuse.gvfs-fuse-daemon]=1 [fusectl]=1 [hugetlbfs]=1 [mqueue]=1 [nfsd]=1 [none]=1 [pipefs]=1 [proc]=1 [pstore]=1 [ramfs]=1 [rootfs]=1 [rpc_pipefs]=1 [securityfs]=1 [sockfs]=1 [spufs]=1 [sysfs]=1 [tmpfs]=1) # generated from: pkgfile -vbr '/fsck\..+' | awk -F. '{ print $NF }' | sort declare -A fsck_types=([cramfs]=1 [exfat]=1 [ext2]=1 [ext3]=1 [ext4]=1 [ext4dev]=1 [jfs]=1 [minix]=1 [msdos]=1 [reiserfs]=1 [vfat]=1 [xfs]=1) out() { printf "$1 $2\n" "${@:3}"; } error() { out "==> ERROR:" "$@"; } >&2 warning() { out "==> WARNING:" "$@"; } >&2 msg() { out "==>" "$@"; } msg2() { out " ->" "$@";} die() { error "$@"; exit 1; } ignore_error() { "$@" 2>/dev/null return 0 } in_array() { local i for i in "${@:2}"; do [[ $1 = "$i" ]] && return 0 done return 1 } chroot_add_mount() { mount "$@" && CHROOT_ACTIVE_MOUNTS=("$2" "${CHROOT_ACTIVE_MOUNTS[@]}") } chroot_maybe_add_mount() { local cond=$1; shift if eval "$cond"; then chroot_add_mount "$@" fi } chroot_setup() { CHROOT_ACTIVE_MOUNTS=() [[ $(trap -p EXIT) ]] && die '(BUG): attempting to overwrite existing EXIT trap' trap 'chroot_teardown' EXIT chroot_add_mount proc "$1/proc" -t proc -o nosuid,noexec,nodev && chroot_add_mount sys "$1/sys" -t sysfs -o nosuid,noexec,nodev,ro && ignore_error chroot_maybe_add_mount "[[ -d '$1/sys/firmware/efi/efivars' ]]" \ efivarfs "$1/sys/firmware/efi/efivars" -t efivarfs -o nosuid,noexec,nodev && chroot_add_mount udev "$1/dev" -t devtmpfs -o mode=0755,nosuid && chroot_add_mount devpts "$1/dev/pts" -t devpts -o mode=0620,gid=5,nosuid,noexec && chroot_add_mount shm "$1/dev/shm" -t tmpfs -o mode=1777,nosuid,nodev && chroot_add_mount run "$1/run" -t tmpfs -o nosuid,nodev,mode=0755 && chroot_add_mount tmp "$1/tmp" -t tmpfs -o mode=1777,strictatime,nodev,nosuid } chroot_teardown() { if (( ${#CHROOT_ACTIVE_MOUNTS[@]} )); then umount "${CHROOT_ACTIVE_MOUNTS[@]}" fi unset CHROOT_ACTIVE_MOUNTS } try_cast() ( _=$(( $1#$2 )) ) 2>/dev/null valid_number_of_base() { local base=$1 len=${#2} i= for (( i = 0; i < len; i++ )); do try_cast "$base" "${2:i:1}" || return 1 done return 0 } mangle() { local i= chr= out= local {a..f}= {A..F}= for (( i = 0; i < ${#1}; i++ )); do chr=${1:i:1} case $chr in [[:space:]\\]) printf -v chr '%03o' "'$chr" out+=\\ ;; esac out+=$chr done printf '%s' "$out" } unmangle() { local i= chr= out= len=$(( ${#1} - 4 )) local {a..f}= {A..F}= for (( i = 0; i < len; i++ )); do chr=${1:i:1} case $chr in \\) if valid_number_of_base 8 "${1:i+1:3}" || valid_number_of_base 16 "${1:i+1:3}"; then printf -v chr '%b' "${1:i:4}" (( i += 3 )) fi ;; esac out+=$chr done printf '%s' "$out${1:i}" } optstring_match_option() { local candidate pat patterns IFS=, read -ra patterns <<<"$1" for pat in "${patterns[@]}"; do if [[ $pat = *=* ]]; then # "key=val" will only ever match "key=val" candidate=$2 else # "key" will match "key", but also "key=anyval" candidate=${2%%=*} fi [[ $pat = "$candidate" ]] && return 0 done return 1 } optstring_remove_option() { local o options_ remove=$2 IFS=, read -ra options_ <<<"${!1}" for o in "${!options_[@]}"; do optstring_match_option "$remove" "${options_[o]}" && unset 'options_[o]' done declare -g "$1=${options_[*]}" } optstring_normalize() { local o options_ norm IFS=, read -ra options_ <<<"${!1}" # remove empty fields for o in "${options_[@]}"; do [[ $o ]] && norm+=("$o") done # avoid empty strings, reset to "defaults" declare -g "$1=${norm[*]:-defaults}" } optstring_append_option() { if ! optstring_has_option "$1" "$2"; then declare -g "$1=${!1},$2" fi optstring_normalize "$1" } optstring_prepend_option() { local options_=$1 if ! optstring_has_option "$1" "$2"; then declare -g "$1=$2,${!1}" fi optstring_normalize "$1" } optstring_get_option() { local opts o IFS=, read -ra opts <<<"${!1}" for o in "${opts[@]}"; do if optstring_match_option "$2" "$o"; then declare -g "$o" return 0 fi done return 1 } optstring_has_option() { local "${2%%=*}" optstring_get_option "$1" "$2" } dm_name_for_devnode() { read dm_name <"/sys/class/block/${1#/dev/}/dm/name" if [[ $dm_name ]]; then printf '/dev/mapper/%s' "$dm_name" else # don't leave the caller hanging, just print the original name # along with the failure. print '%s' "$1" error 'Failed to resolve device mapper name for: %s' "$1" fi } fstype_is_pseudofs() { (( pseudofs_types["$1"] )) } fstype_has_fsck() { (( fsck_types["$1"] )) } usage() { cat <<EOF usage: ${0##*/} chroot-dir [command] -h Print this help message -u <user>[:group] Specify non-root user and optional group to use If 'command' is unspecified, ${0##*/} will launch /bin/bash. Note that when using arch-chroot, the target chroot directory *should* be a mountpoint. This ensures that tools such as pacman(8) or findmnt(8) have an accurate hierarchy of the mounted filesystems within the chroot. If your chroot target is not a mountpoint, you can bind mount the directory on itself to make it a mountpoint, i.e. 'mount --bind /your/chroot /your/chroot'. EOF } chroot_add_resolv_conf() { local chrootdir=$1 resolv_conf=$1/etc/resolv.conf [[ -e /etc/resolv.conf ]] || return 0 # Handle resolv.conf as a symlink to somewhere else. if [[ -L $chrootdir/etc/resolv.conf ]]; then # readlink(1) should always give us *something* since we know at this point # it's a symlink. For simplicity, ignore the case of nested symlinks. resolv_conf=$(readlink "$chrootdir/etc/resolv.conf") if [[ $resolv_conf = /* ]]; then resolv_conf=$chrootdir$resolv_conf else resolv_conf=$chrootdir/etc/$resolv_conf fi # ensure file exists to bind mount over if [[ ! -f $resolv_conf ]]; then install -Dm644 /dev/null "$resolv_conf" || return 1 fi elif [[ ! -e $chrootdir/etc/resolv.conf ]]; then # The chroot might not have a resolv.conf. return 0 fi chroot_add_mount /etc/resolv.conf "$resolv_conf" --bind } while getopts ':hu:' flag; do case $flag in h) usage exit 0 ;; u) userspec=$OPTARG ;; :) die '%s: option requires an argument -- '\''%s'\' "${0##*/}" "$OPTARG" ;; ?) die '%s: invalid option -- '\''%s'\' "${0##*/}" "$OPTARG" ;; esac done shift $(( OPTIND - 1 )) (( EUID == 0 )) || die 'This script must be run with root privileges' (( $# )) || die 'No chroot directory specified' chrootdir=$1 shift [[ -d $chrootdir ]] || die "Can't create chroot on non-directory %s" "$chrootdir" if ! mountpoint -q "$chrootdir"; then warning "$chrootdir is not a mountpoint. This may have undesirable side effects." fi chroot_setup "$chrootdir" || die "failed to setup chroot %s" "$chrootdir" chroot_add_resolv_conf "$chrootdir" || die "failed to setup resolv.conf" chroot_args=() [[ $userspec ]] && chroot_args+=(--userspec "$userspec") echo "${chroot_args[@]}" echo "$chrootdir" echo "$@" SHELL=/bin/bash unshare --fork --pid chroot "${chroot_args[@]}" -- "$chrootdir" "$@"