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1、Linux 系统裁减指南(LiPS)目 录 目 录.11 引言.41.1 编写目的.41.2 背景.41.3 定义.41.4 参考资料.42 总体描述.52.1 硬件环境.52.2 软件环境.62.3 需求规定和约束.63 总体设计.63.1 基本设计概念.63.2 软件结构.64 内核.74.1 创建内核的方法.74.2 内核配置.74.2.1 概述.74.2.2 Loadable module support.84.2.3 Processor type and features.94.2.4 General setup.94.2.5 Plug and Play configuration.
2、104.2.6 Block devices.104.2.7 Multi-device support(RAID and LVM).114.2.8 Networking options.114.2.9 ATA/IDE/MFM/RLL support.124.2.10 SCSI support.134.2.11 Network device support.134.2.12 Character devices.144.2.13 File systems.154.2.14 Console drivers.164.2.15 USB support.164.3 提示.174.3.1 EXTRAVERSI
3、ON.174.3.2.config.185 根文件系统.185.1 根文件系统.1815.2 文件系统的内容.195.2.1 应用程序（applications）.195.2.2 设备文件（device files）.195.2.3 脚本和配置文件（scripts and configuration files）.205.2.4 库文件（libraries）.215.2.5 必要的目录.225.3 初始化 RAM盘（initrd）.225.3.1 操作步骤.225.3.2 引导选项.235.3.3 安装.235.3.4 改变根目录设备.245.3.5 使用场合.255.3.6 淘汰的根转换机制
4、（change_root）.265.4 系统初始化（init）.265.4.1 init 的任务.265.4.2 SysVinit.265.4.3 两种风格：Slackware vs.Debian.275.5 PAM.275.5.1 什么是PAM.275.5.2 PAM的结构.285.5.3 配置文件.285.5.4 other.285.6 再论 initrd.295.6.1 根到底在哪里.305.6.2 linuxrc.305.6.3 根转换机制：新的？旧的？.325.7 提示.345.7.1 文件系统目录层次结构.345.7.2 mklips.sh（制作 LiPS的脚本）.345.7.3
5、lips.conf（LiPS配置文件）.345.7.4 cp dpR.345.7.5 如何判断一个程序依赖哪些文件.355.7.6 带库文件复制lcp().355.7.7 库文件的命名.366 引导.376.1 引导过程概述.376.2 几种引导方式.376.3 grub引导器.376.4 USB 引导.386.4.1 制作步骤.386.4.1.1 创建文件系统.386.4.1.2 复制文件.396.4.1.3 安装 grub.396.5 提示.3926.5.1 版本问题？.397 远程串口控制台.407.1 概述.407.2 配置方法.407.3 提示.407.4 Linux 远程串口控制台
6、指南.408 系统安装光盘.438.1 概述.438.2 boot.iso光盘的文件结构分析.4331 引言1.1 编写目的说明 Linux 系统裁减的过程及解决的主要技术问题。本文档的编写是为了说明 LiPS的详细设计过程，也可以作为构造一个小型化 Linux系统的指南。本文档内容的组织如下所述：这一部分是引言，第 2部分是对项目软、硬件环境和需求的总体描述，第 3 部分说明了裁减 LINUX 的相关基本概念。后面几个部分是具体实现方法的详细说明，46 分别详细描述了创建内核、创建根文件系统和引导系统的方法。最后的内容可以看作附录，其中 7 说明了一般 Linux 系统安装光盘的创建方法，8
7、 列出了相关的配置文件和源代码。1.2 背景华中科技大学计算机存储系统国家专业实验室，NAS项目（2003.32003.8）。1.3 定义O boot loader:引导器O kernel:内核O root filesystem:根文件系统O USB:通用串行总线1.4 参考资料1 DIY：自己动手做一个迷你 Linux 系统.IBM developerWorks 中国网站.http:/ Linux From Scratch.http:/clfsbook.mylab.idv.tw/index.html43 Linux 启动过程综述.http:/ The Linux Bootdisk HOWTO
8、(中 译 版).http:/www.linux.org.tw/CLDP/gb/Bootdisk-HOWTO.html5 Using the initial RAM disk(initrd)./usr/src/linux-2.4/Documentation/initrd.txt.（译文：http:/zope.slat.org/Project/3ybaby/discuss-area/cd-boot/cdboot_refer/initrd.htm）6 Quickmouse 于 2003.1发表于白云黄鹤BBS(http:/ 裁减Linux”。7 Filesystem Hierarchy Standa
9、rd.http:/ LINUX ALLOCATED DEVICES./usr/src/linux-2.4/Documentation/device.txt.或者最新的列表在http:/www.kernel.org/pub/linux/docs/device-list/9 Karim Yaghmour.Building Embedded Linux Systems.OReilly,April 2003.10 Alessandro Rubini.Take Command:Init.http:/www.linux.it/kerneldocs/init/,November 1998.11 深入 Lin
10、ux PAM 体系结构.IBM developerWorks 中国网站.http:/www-90/ 2 总体描述2.1 硬件环境开发主机：Intel 845芯片组主板，P4 赛扬 1.8GHz CPU，256M内存，60G IDE 硬盘，RTL8139 网卡。目标机：与主机同构。52.2 软件环境开发主机：Redhat Linux 7.3(kernel 2.4.18-3)，或者 Redhat Linux 9(kernel 2.4.20-8)。可以根据需要使用其他版本的内核，比如 Redhat 7.3kernel 2.4.20。目标机：LiPS，以及应用程序。2.3 需求规定和约束我们目标系统
11、LiPS，即 Linux Powered Storage 是一个嵌入式 Linux 操作系统，主要着眼于提供各种文件服务，不包括 X GUI；并且足够小，可以装入 32M USB 盘或者DOC/DOM等常用设备引导。3 总体设计3.1 基本设计概念“提起 裁减 Linux”，最容易想到的方法是以一个已经安装好的系统为基础，删除掉不需要的文件，以减小整个系统的尺寸。而事实上这个方法几乎是行不通的，因为通过光盘安装的一个 Redhat 9 Linux 系统，即便是只选择了比较少的软件包，其所占空间也可以轻松达到 300500MB，想在这个基础上裁减到 30MB 左右是比较困难的。更困难的是确定哪些
12、东西是可以删除的？如果删除了系统必须的文件，可能导致系统不能引导。“另一个途径是从零开始根据需要构建整个系统。Linux From Scratch”采用的就是这种方式，一个个安装需要的软件包。类似的，更简单的方法是，安装一个完整的Linux 系统，然后将必要的软件（可执行程序）、配置文件、库文件、内核等复制出来构建一个小系统。我们采取后一种方式。3.2 软件结构LiPS 包括 3 部分：Linux 内核，根文件系统和引导器。内核（Kernel）提供了一个操作系统的基本功能，如内存管理、进程调度、文件系统、6网络等，以及设备驱动程序。根文件系统（Root filesystem）是存放运行、维护系
13、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（比如设备节点）的地方，也可以安装各种软件包。通常根文件系统位于某个磁盘分区，而在 LiPS 中应用了 initrd（初始 RAM 盘）机制，将根文件系统放在 RAM Disk中。引导器（Boot Loader）的任务是从引导设备装载内核，引导系统运行。Linux 系统常见的引导器包括早期的 LILO 和近期的GRUB。LiPS用的是GRUB。4 内核4.1 创建内核的方法Linux提供了方便灵活的方法来定制内核，主要步骤包括：下载安装内核源代码树，配置内核，编译内核。具体方法请参考相关文档。关键指令如下：cd/usr/src/lin
14、ux-2.4 make menuconfig make dep;make clean;make bzImage编译成功的内核文件为 arch/i386/boot/bzImage.4.2 内核配置4.2.1 概述make menuconfig 之后可以看到类似如下的内容（编号是为了描述方便而加上的）。根据内核版本的不同，列出的项目会有差异。而变化主要发生在发行版为标准内核打的各种补丁上面，其实标准内核是比较稳定的。如下所示，我们配置的内核版本为 2.4.20-8“，这个-8”就是 Redhat 所打的补丁版本号。补丁一般是对标准内核错误的修正和新增的功能。与 2.4.20 内核配置选项比较会发现
15、，10，25，30都属于 Redhat的补丁。一般地，这些补丁选项都不是必须的，因此我们的 LiPS 内核中都没有包括这些选项。其实，完全可以通过直接配置一个标准的内核版本（比如 2.4.20）来产生我们所需要的内核。Linux Kernel v2.4.20-8-R2Lips Configuration1 Code maturity level options -2 Loadable module support -73 Processor type and features -4 General setup -5 Memory Technology Devices(MTD)-6 Parall
16、el port support -7 Plug and Play configuration -8 Block devices -9 Multi-device support(RAID and LVM)-10 Cryptography support(CryptoAPI)-11 Networking options -12 Telephony Support -13 ATA/IDE/MFM/RLL support -14 SCSI support -15 Fusion MPT device support -16 I2O device support -17 Network device su
17、pport -18 Amateur Radio support -19 IrDA(infrared)support -20 ISDN subsystem -21 Old CD-ROM drivers(not SCSI,not IDE)-22 Input core support -23 Character devices -24 Multimedia devices -25 Crypto Hardware support -26 File systems -27 Console drivers -28 Sound -29 USB support -30 Additional device dr
18、iver support -31 Bluetooth support -32 Kernel hacking -33 Library routines -Load an Alternate Configuration File Save Configuration to an Alternate File 下面我们以 2.4.20内核为例，来详细说明内核的配置，也就是选哪些东西、不选哪些“东西。没有说明的选项，比如 Code maturity level options”，表示不选。4.2.2 Loadable module support *Enable loadable module sup
19、port Set version information on all module symbols8 *Kernel module loader可加载模块支持。虽然目前所选项目全部编译进内核，但是内核是支持模块的。可以考虑将一些硬件设备的驱动程序编译为模块，从而减小内核尺寸，同时增加适应不同硬件平台的灵活性。4.2.3 Processor type and features (Pentium-III/Celeron(Coppermine)Processor family *Machine Check Exception Toshiba Laptop support Dell laptop s
20、upport /dev/cpu/microcode-Intel IA32 CPU microcode support /dev/cpu/*/msr-Model-specific register support /dev/cpu/*/cpuid-CPU information support (off)High Memory Support Math emulation MTRR(Memory Type Range Register)support Symmetric multi-processing support Local APIC support on uniprocessors Un
21、synced TSC support处理器特性。选择一下Processor family，其余基本上都没有选。High Memory Support也可以打开，不清楚有什么用。4.2.4 General setup *Networking support *PCI support (Any)PCI access mode *ISA bus support *PCI device name database EISA support MCA support Support for hot-pluggable devices *System V IPC *BSD Process Accountin
22、g *Sysctl support (ELF)Kernel core(/proc/kcore)format Kernel support for a.out binaries Kernel support for ELF binaries Kernel support for MISC binaries *Power Management support9 Kernel support for MISC binaries *Power Management support Advanced Power Management BIOS support *Ignore USER SUSPEND *
23、Enable PM at boot time *Make CPU Idle calls when idle *Enable console blanking using APM *RTC stores time in GMT *Allow interrupts during APM BIOS calls *Use real mode APM BIOS call to power off总体设置。这一部分选项比较重要，包括网络、总线、进程、二进制文件格式、电源管理等。其中 APM相关的选项比较搞不清楚，有时候 halt p 命令不能关闭系统电源跟这里有关系。4.2.5 Plug and Play
24、 configuration Plug and Play support ISA Plug and Play support即插即用设置。4.2.6 Block devices Normal floppy disk support XT hard disk support Compaq SMART2 support Compaq Smart Array 5xxx support Mylex DAC960/DAC1100 PCI RAID Controller support Loopback device support Network block device support RAM dis
25、k support (4096)Default RAM disk size *Initial RAM disk(initrd)support *Per partition statistics in/proc/partitions块设备。软驱也可以不选。这里的关键选项是 Loopback device，RAM disk 和initrd，一定要选中。Default RAM disk size 多少都没有关系。104.2.7 Multi-device support(RAID and LVM)*Multiple devices driver support(RAID and LVM)RAID su
26、pport Linear(append)mode RAID-0(striping)mode RAID-1(mirroring)mode RAID-4/RAID-5 mode Multipath I/O support Logical volume manager(LVM)supportMD 支持。软 RAID 和LVM 的支持在这里选择，如果不使用，也可以不选。4.2.8 Networking options Packet socket *Packet socket:mmapped IO Netlink device emulation *Network packet filtering(re
27、places ipchains)Network packet filtering debugging *Socket Filtering Unix domain sockets *TCP/IP networking *IP:multicasting *IP:advanced router IP:policy routing IP:equal cost multipath IP:use TOS value as routing key IP:verbose route monitoring IP:large routing tables *IP:kernel level autoconfigur
28、ation *IP:DHCP support *IP:BOOTP support *IP:RARP support IP:tunneling IP:GRE tunnels over IP IP:multicast routing IP:TCP Explicit Congestion Notification support IP:TCP syncookie support(disabled per default)IP:Netfilter Configuration -802.1Q VLAN Support11 -The IPX protocol Appletalk protocol supp
29、ort Appletalk devices -DECnet Support 802.1d Ethernet Bridging QoS and/or fair queueing -Network testing -网络选项。这里选项也比较多，如果没有什么特殊要求，又不是十分理解这些选项的意义，基本上可以用缺省设置。注意 DHCP 选项，如果要用到的话要记得选中这个。IP:Netfilter Configuration（跟iptables有关）等几个子选项都没有选。4.2.9 ATA/IDE/MFM/RLL support ATA/IDE/MFM/RLL support IDE,ATA and A
30、TAPI Block devices -Enhanced IDE/MFM/RLL disk/cdrom/tape/floppy support -Please see Documentation/ide.txt for help/info on IDE drives Use old disk-only driver on primary interface Include IDE/ATA-2 DISK support *Use multi-mode by default *Auto-Geometry Resizing support Include IDE/ATAPI CDROM suppor
31、t Include IDE/ATAPI TAPE support Include IDE/ATAPI FLOPPY support SCSI emulation support IDE Taskfile Access -IDE chipset support/bugfixes CMD640 chipset bugfix/support RZ1000 chipset bugfix/support *Generic PCI IDE chipset support *Sharing PCI IDE interrupts support *Generic PCI bus-master DMA supp
32、ort Boot off-board chipsets first support Force enable legacy 2.0.X HOSTS to use DMA *Use PCI DMA by default when available Enable DMA only for disks AEC62XX chipset support ALI M15x3 chipset support AMD Viper support CMD64X and CMD680 chipset support CY82C693 chipset support12 Cyrix CS5530 MediaGX
33、chipset support HPT34X chipset support HPT366/368/370 chipset support *Intel PIIXn chipsets support *PIIXn Tuning support PROMISE PDC20246|62|65|67|68|69|70 support ServerWorks OSB4/CSB5 chipsets support SiS5513 chipset support SLC90E66 chipset support VIA82CXXX chipset support Other IDE chipset sup
34、port IGNORE word93 Validation BITSIDE 设备支持。要用 IDE硬盘，当然要选中。CDROM选项看情况也可以不要。SCSI emulation 似乎对使用 USB 盘有影响。剩下的很多都是跟 IDE chipset有关的。最好是用 dmesg 命令找出目标系统主板芯片组，然后选中对应的芯片组支持，这样相当于安装了 IDE 芯片组的驱动程序。如果没有指定应该也可以，只是性能可能会受到一些影响。4.2.10 SCSI support SCSI support -SCSI support type(disk,tape,CD-ROM)SCSI disk support
35、 (40)Maximum number of SCSI disks that can be loaded as modules SCSI tape support SCSI OnStream SC-x0 tape support SCSI CD-ROM support SCSI generic support -Some SCSI devices(e.g.CD jukebox)support multiple LUNs Enable extra checks in new queueing code Probe all LUNs on each SCSI device Verbose SCSI
36、 error reporting(kernel size+=12K)SCSI logging facility SCSI low-level drivers -SCSI 支持。如果要用到 SCSI 硬盘等 SCSI 设备，这里当然要选。目前我们的目标系统其实没有 SCSI 硬盘，但是为了使用 USB 盘，也要选中 SCSI 支持。SCSI low-level drivers 子选项中是一些SCSI 卡，都不用选。4.2.11 Network device support *Network device support13 ARCnet devices -Dummy net driver sup
37、port Bonding driver support EQL(serial line load balancing)support Universal TUN/TAP device driver support Ethernet(10 or 100Mbit)-*Ethernet(10 or 100Mbit)*EISA,VLB,PCI and on board controllers EtherExpressPro/100 support(eepro100,original Becker driver RealTek RTL-8139 PCI Fast Ethernet Adapter sup
38、port Ethernet(1000 Mbit)-FDDI driver support PPP(point-to-point protocol)support SLIP(serial line)support Wireless LAN(non-hamradio)-Token Ring devices -Fibre Channel driver support Wan interfaces -网络设备支持。主要选择网卡类型，Ethernet(10 or 100Mbit)子选项中列出了内核可以支持的 10/100M以太网卡，这里仅列出了我们选中的2种。其他子选项都没有选。4.2.12 Chara
39、cter devices *Virtual terminal *Support for console on virtual terminal Standard/generic(8250/16550 and compatible UARTs)serial support *Support for console on serial port Extended dumb serial driver options Non-standard serial port support Unix98 PTY support I2C support -Mice -Joysticks -QIC-02 tap
40、e support Watchdog Cards -AMD 768 Random Number Generator support Intel i8x0 Random Number Generator support AMD 76x native power management(Experimental)/dev/nvram support Enhanced Real Time Clock Support14 Double Talk PC internal speech card support Siemens R3964 line discipline Applicom intellige
41、nt fieldbus card support Ftape,the floppy tape device driver -/dev/agpgart(AGP Support)Direct Rendering Manager(XFree86 DRI support)ACP Modem(Mwave)support字符设备。这里主要就是选择了最前面4 个跟终端和串口有关的选项，以支持虚拟终端（远程登录要用到），支持标准串口，支持串口控制台。4.2.13 File systems *Quota support Kernel automounter support Kernel automounter
42、version 4 support(also supports v3)Reiserfs support Enable reiserfs debug mode *Stats in/proc/fs/reiserfs Ext3 journalling file system support JBD(ext3)debugging support DOS FAT fs support MSDOS fs support UMSDOS:Unix-like file system on top of standard MSDOS fs VFAT(Windows-95)fs support Compressed
43、 ROM file system support *Virtual memory file system support(former shm fs)ISO 9660 CDROM file system support *Microsoft Joliet CDROM extensions Transparent decompression extension JFS filesystem support Minix fs support FreeVxFS file system support(VERITAS VxFS(TM)compatible)NTFS file system suppor
44、t(read only)OS/2 HPFS file system support */proc file system support QNX4 file system support(read only)ROM file system support Second extended fs support System V/Xenix/V7/Coherent file system support UDF file system support(read only)UFS file system support(read only)Network File Systems -15 Coda
45、file system support(advanced network fs)NFS file system support *Provide NFSv3 client support Root file system on NFS NFS server support *Provide NFSv3 server support SMB file system support(to mount Windows shares etc.)Use a default NLS NCP file system support(to mount NetWare volumes)Partition Typ
46、es -Native Language Support -Default NLS Option:iso8859-1 Codepage 437(United States,Canada)Simplified Chinese charset(CP936,GB2312)Traditional Chinese charset(Big5)文件系统。这部分内容比较多，也很重要。首先是Quota，如果目标系统支持这个功能，这 里 就 要 选 中。然 后 是 选 择 要 支 持 的 文 件 系 统，常 用 的 有Reiserfs，Ext3，FAT，ISO9660，JFS 等等，可以根据情况选择。/proc 和
47、 ext2一定要选中。还有 Network File Systems 子选项，可以选择是否支持 NFS 和 SMB。Native Language Support 子选项跟所支持的语言有关，这里没有全部列出来，我们选中了英语和简体、繁体中文字符集。4.2.14 Console drivers *VGA text console Video mode selection support控制台驱动。调试的时候可以给目标系统接显示器看一下，实际系统应该可以不选。4.2.15 USB support Support for USB USB verbose debug messages -Miscell
48、aneous USB options *Preliminary USB device filesystem Long timeout for slow-responding devices(some MGE Ellipse UPSe -USB Host Controller Drivers UHCI Alternate Driver(JE)support OHCI(Compaq,iMacs,OPTi,SiS,ALi,.)support -USB Device Class drivers USB MIDI support16 USB Mass Storage support *USB Mass
49、Storage verbose debug Freecom USB/ATAPI Bridge support ISD-200 USB/ATA Bridge support Microtech CompactFlash/SmartMedia support USB Modem(CDC ACM)support USB Printer support -USB Human Interface Devices(HID)USB Human Interface Device(full HID)support -Input core support is needed for USB HID input l
50、ayer or HIDBP /dev/hiddev raw HID device support -USB Imaging devices USB Kodak DC-2xx Camera support USB Scanner support Microtek X6USB scanner support -USB Multimedia devices -Video4Linux support is needed for USB Multimedia device support -USB Network adaptors -USB port drivers USB Serial Convert