diff --git a/README.md b/README.md index 5e7fcce..ef2a0b7 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -1,3 +1,359 @@ -# DreamLife_Linux +# Linux 内核 + BusyBox 最小系统构建指南 -最小Linux系统编译 \ No newline at end of file +> 基于 Linux 6.12 + BusyBox,使用 QEMU 启动的最小根文件系统。 +> 本文档记录从零构建到成功进入 shell 的完整过程,包含故障排查。 + +--- + +## 环境准备 + +```bash +sudo apt update +sudo apt install -y build-essential libncurses-dev bison flex \ + libssl-dev libelf-dev git bc rsync cpio gzip wget gcc-14 qemu-system-x86 +``` + +目录结构: + +``` +/home/zmn/ +├── linux-6.12/ # 内核源码 +├── busybox/ # BusyBox 源码 +├── rootfs/ # 根文件系统 +└── initramfs.cpio.gz # 打包后的 initramfs +``` + +--- + +## 第一步:下载并解压内核源码 + +```bash +cd /home/zmn +wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/v6.x/linux-6.12.tar.xz +tar -xf linux-6.12.tar.xz +``` + +--- + +## 第二步:配置内核 + +```bash +cd /home/zmn/linux-6.12 +make x86_64_defconfig +``` + +### 关键配置项 + +`x86_64_defconfig` 已默认启用以下必需选项(可用 `grep` 验证): + +| 配置项 | 作用 | +|--------|------| +| `CONFIG_SERIAL_8250=y` | 串口驱动 | +| `CONFIG_SERIAL_8250_CONSOLE=y` | 串口控制台(`console=ttyS0` 依赖此项) | +| `CONFIG_BLK_DEV_INITRD=y` | initramfs 支持(`-initrd` 依赖此项) | +| `CONFIG_RD_GZIP=y` | gzip 压缩的 initrd 解压支持 | +| `CONFIG_DEVTMPFS=y` | `/dev` 自动挂载 | +| `CONFIG_PRINTK=y` | 内核日志输出 | + +验证: + +```bash +grep -E 'CONFIG_(SERIAL_8250_CONSOLE|BLK_DEV_INITRD|RD_GZIP|DEVTMPFS|PRINTK)=' .config +``` + +> **注意**:不要用 `make tinyconfig`,它几乎关闭所有驱动,导致没有串口控制台输出, +> QEMU 只会显示一个闪烁的光标。 + +--- + +## 第三步:编译内核 + +```bash +cd /home/zmn/linux-6.12 +make CC=gcc-14 -j$(nproc) +``` + +编译成功标志: + +``` +Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready (#1) +``` + +验证产物: + +```bash +ls -la arch/x86/boot/bzImage +# 应输出类似:-rw-r--r-- 1 zmn zmn 13583360 ... bzImage +``` + +--- + +## 第四步:下载并配置 BusyBox + +```bash +cd /home/zmn +git clone --depth 1 https://git.busybox.net/busybox +cd busybox +make defconfig +``` + +### 关键配置:静态编译 + +```bash +# 开启静态链接(不依赖 libc.so 等共享库) +sed -i 's/^# CONFIG_STATIC is not set/CONFIG_STATIC=y/' .config + +# 禁用 tc(新版内核头文件已删除 CBQ 结构体,会导致编译失败) +sed -i 's/^CONFIG_TC=y/# CONFIG_TC is not set/' .config + +grep -E '^CONFIG_STATIC=|^CONFIG_TC=' .config +# 应输出: +# CONFIG_STATIC=y +# # CONFIG_TC is not set +``` + +> **为什么必须静态编译**:initramfs 中没有 `/lib`、`/lib64`, +> 动态链接的 BusyBox 在启动时会因找不到 `ld-linux-x86-64.so.2` 而失败, +> 内核 panic,屏幕上什么都看不到。 +> +> **为什么必须禁用 tc**:`make defconfig` 默认开启 `CONFIG_TC=y`, +> 但 `networking/tc.c` 引用的 `TCA_CBQ_*` 等结构体已在新版内核头文件中删除, +> 会导致编译报错 `TCA_CBQ_MAX undeclared`。 + +--- + +## 第五步:编译 BusyBox + +```bash +cd /home/zmn/busybox +make CC=gcc-14 -j$(nproc) +``` + +编译成功后验证: + +```bash +file busybox +# 应输出:ELF 64-bit LSB executable, x86-64, ... statically linked +``` + +--- + +## 第六步:构建根文件系统 + +### 6.1 创建目录结构 + +```bash +mkdir -p /home/zmn/rootfs/{bin,sbin,etc,proc,sys,dev,tmp,root,usr/bin,usr/sbin} +``` + +### 6.2 安装 BusyBox + +```bash +cd /home/zmn/busybox +make CONFIG_PREFIX=/home/zmn/rootfs install +``` + +验证: + +```bash +file /home/zmn/rootfs/bin/busybox +# 应输出:statically linked +``` + +### 6.3 编写 init 脚本 + +用 `cat` 写入 `/home/zmn/rootfs/init`: + +```bash +cat > /home/zmn/rootfs/init << 'EOF' +#!/bin/sh + +mount -t proc none /proc +mount -t sysfs none /sys +mount -t devtmpfs none /dev + +hostname minimal-linux +exec /bin/sh +EOF +``` + +赋予执行权限: + +```bash +chmod +x /home/zmn/rootfs/init +``` + +验证: + +```bash +ls -la /home/zmn/rootfs/init +# 应输出:-rwxr-xr-x ... /home/zmn/rootfs/init +``` + +### 6.4 init 脚本说明 + +| 命令 | 作用 | +|------|------| +| `mount -t proc` | 挂载进程信息系统,`ps`、`/proc` 依赖它 | +| `mount -t sysfs` | 挂载 sysfs,`/sys` 依赖它 | +| `mount -t devtmpfs` | 挂载设备文件系统,自动创建 `/dev/ttyS0` 等设备节点 | +| `exec /bin/sh` | 用 shell 替换当前进程,进入交互式命令行 | + +--- + +## 第七步:打包 initramfs + +```bash +cd /home/zmn/rootfs +find . | cpio -o -H newc 2>/dev/null | gzip > /home/zmn/initramfs.cpio.gz +``` + +验证: + +```bash +ls -la /home/zmn/initramfs.cpio.gz +zcat /home/zmn/initramfs.cpio.gz | cpio -t 2>/dev/null | grep '^init$' +# 应输出:init +``` + +--- + +## 第八步:QEMU 启动 + +```bash +qemu-system-x86_64 \ + -kernel /home/zmn/linux-6.12/arch/x86/boot/bzImage \ + -initrd /home/zmn/initramfs.cpio.gz \ + -append "console=ttyS0 rdinit=/init" \ + -nographic \ + -m 256M +``` + +### 参数说明 + +| 参数 | 作用 | +|------|------| +| `-kernel` | 指定内核 bzImage 路径 | +| `-initrd` | 指定 initramfs 路径 | +| `console=ttyS0` | 内核日志输出到串口(配合 `-nographic` 显示在终端) | +| `rdinit=/init` | 指定 initramfs 中的初始进程为 `/init` | +| `-nographic` | 不使用图形窗口,串口重定向到当前终端 | +| `-m 256M` | 分配 256MB 内存 | + +### 启动成功标志 + +滚动的内核日志结束后出现: + +``` +Run /init as init process +/bin/sh: can't access tty; job control turned off +~ # +``` + +`~ #` 即为 shell 提示符,此时可以输入命令: + +``` +~ # uname -r +6.12.0 +~ # ls +bin etc linuxrc root sys usr +dev init proc sbin tmp +``` + +### 退出 QEMU + +- 方法一:shell 中输入 `poweroff` +- 方法二:按 `Ctrl+A` 再按 `X` + +--- + +## 故障排查 + +### 症状:只有一个闪烁的光标,其他什么都没有 + +按以下顺序排查: + +| 序号 | 检查项 | 排查命令 | 修复方法 | +|------|--------|----------|----------| +| 1 | bzImage 是否存在 | `ls -la arch/x86/boot/bzImage` | 重新编译内核 | +| 2 | 是否启用了串口控制台 | `grep SERIAL_8250_CONSOLE .config` | 改用 `x86_64_defconfig` | +| 3 | 是否启用了 initrd 支持 | `grep BLK_DEV_INITRD .config` | 改用 `x86_64_defconfig` | +| 4 | BusyBox 是否静态链接 | `file rootfs/bin/busybox` | 开启 `CONFIG_STATIC=y` 重编 | +| 5 | init 是否存在且可执行 | `ls -la rootfs/init` | `chmod +x rootfs/init` | +| 6 | initramfs 是否包含 init | `zcat initramfs.cpio.gz \| cpio -t \| grep init` | 重新打包 | + +### 常见错误对照 + +| 错误信息 | 原因 | 解决 | +|----------|------|------| +| `qemu: could not open kernel file` | bzImage 不存在 | 编译内核 | +| `Run /init as init process` 后无输出 | init 不可执行或 BusyBox 动态链接缺库 | 检查权限、改静态编译 | +| `tc.c: error: 'TCA_CBQ_MAX' undeclared` | `CONFIG_TC=y` 但内核已删除 CBQ 结构体 | 禁用 `CONFIG_TC` 后重编 | +| `busybox: cannot open ... No such file or directory` | 上次编译失败,二进制未生成 | 修复编译错误后重新 `make` | +| `can't access tty; job control turned off` | 正常现象,无需处理 | 忽略 | +| 内核 panic `No working init found` | initramfs 未加载或 init 路径错误 | 检查 `rdinit=` 和 `BLK_DEV_INITRD` | +| 终端完全没有内核日志 | 缺少串口控制台支持 | 检查 `SERIAL_8250_CONSOLE` | + +--- + +## 完整构建脚本 + +将以下内容保存为 `build.sh`,可一键完成整个构建流程: + +```bash +#!/bin/bash +set -e + +KERNEL_DIR=/home/zmn/linux-6.12 +BB_DIR=/home/zmn/busybox +ROOTFS=/home/zmn/rootfs +INITRAMFS=/home/zmn/initramfs.cpio.gz + +echo "=== [1/6] 配置内核 ===" +cd "$KERNEL_DIR" +make x86_64_defconfig + +echo "=== [2/6] 编译内核 ===" +make CC=gcc-14 -j"$(nproc)" +test -f arch/x86/boot/bzImage && echo "bzImage OK" + +echo "=== [3/6] 配置 BusyBox(静态编译,禁用 tc)===" +cd "$BB_DIR" +make defconfig +sed -i 's/^# CONFIG_STATIC is not set/CONFIG_STATIC=y/' .config +sed -i 's/^CONFIG_TC=y/# CONFIG_TC is not set/' .config +grep -E '^CONFIG_STATIC=|^CONFIG_TC=' .config + +echo "=== [4/6] 编译 BusyBox ===" +make CC=gcc-14 -j"$(nproc)" +file busybox | grep -q "statically linked" && echo "static OK" + +echo "=== [5/6] 安装到 rootfs 并写 init ===" +mkdir -p "$ROOTFS"/{bin,sbin,etc,proc,sys,dev,tmp,root,usr/bin,usr/sbin} +make CONFIG_PREFIX="$ROOTFS" install +cat > "$ROOTFS/init" << 'INITEOF' +#!/bin/sh +mount -t proc none /proc +mount -t sysfs none /sys +mount -t devtmpfs none /dev +hostname minimal-linux +exec /bin/sh +INITEOF +chmod +x "$ROOTFS/init" + +echo "=== [6/6] 打包 initramfs ===" +cd "$ROOTFS" +find . | cpio -o -H newc 2>/dev/null | gzip > "$INITRAMFS" +echo "Done: $INITRAMFS" + +echo "" +echo "启动命令:" +echo "qemu-system-x86_64 -kernel $KERNEL_DIR/arch/x86/boot/bzImage -initrd $INITRAMFS -append \"console=ttyS0 rdinit=/init\" -nographic -m 256M" +``` + +运行: + +```bash +chmod +x build.sh +./build.sh +```