目錄
1.根檔案系統簡介...2
2.Busybox簡介...2
2.1Busybox簡介...2
2.2Busybox目錄結構簡介...2
2.3init程序簡介...3
3.建構自己的根檔案系統...9
3.1編譯Busybox.9
3.2向Busybox中添加新指令...19
4.附錄...26
4.1Busybox實作的簡單分析...26
4.2Busybox配置選項說明...27
Powered By chenlong12580
4/5/2013
1.根檔案系統簡介
所謂制作根檔案系統，就是建立各種目錄，并且在目錄裡建立相應的檔案。例如：在/bin目錄下放置可執行程式，在/lib下放置各種庫等等。
2.Busybox簡介
2.1Busybox簡介
Busybox是一個開源項目，遵循GPL v2協定。Busybox将衆多的UNIX指令集合進一個很小的可執行程式中，可以用來替代GNU fileutils、shellutils等工具集。Busybox中各種指令與相應的GNU工具相比，所能提供的選項比較少，但是也足夠一般的應用了。Busybox主要用于嵌入式系統。
Busybox在編寫過程中對檔案大小進行了優化，并考慮了系統資源有限(比如記憶體等)的情況。與一般的GNU工具集動辄幾M的體積相比，動态連結的Busybox隻有幾百K，即使是采用靜态連結也隻有1M左右。Busybox按子產品設計，可以很容易地加入、去除某些指令，或增減指令的某些選項。
在建立根檔案系統的時候，如果使用Busybox的話，隻需要在/dev目錄下建立必要的裝置節點，在/etc目錄下增加一些配置檔案即可，當然，如果Busybox使用動态連結，那麼還需要再/lib目錄下包含庫檔案。
2.2Busybox目錄結構簡介
下面是Busybox源碼目錄結構圖，接下來說說各個目錄的作用，友善以後對Busybox做裁剪的時候參考。
| 目錄 | 說明 |
| applets | 主要是實作applets架構的檔案 |
| applets_sh | 一些有用的腳本，例如：dos2unix、unix2dos等 |
| archival | 與壓縮有關的指令源檔案，例如：bzip2、gzip等 |
| configs | 自帶的一些預設配置檔案 |
| console-tools | 與控制台相關的一些指令，例如：setconsole |
| coreutils | 常用的核心指令，例如：cat、rm等 |
| editors | 常用的編輯指令，例如：vi、diff等 |
| findutils | 用于查找的指令，例如：find、grep等 |
| init | init程序的實作源檔案 |
| networking | 與網絡相關的指令，例如：telnetl、arp等 |
| shell | 與shell相關的實作，例如：ash、msh等 |
| util-linux | Linux下常用的指令，主要是與檔案系統相關的，例如：mkfs_ext2等 |
2.3init程序簡介
Busybox中最重要的程式自然是init。
大家都知道init程序是由核心啟動的第一個(也是唯一一個)使用者程序(程序ID為1)，init程序根據配置檔案決定啟動哪些程式，例如：執行某些腳本、啟動shell或運作使用者程式等等。Init是後續所有程序的發起者，例如：init程序啟動/bin/sh程式後，我們才能夠在控制台上輸入各種指令。
Init程序的執行程式通常都是/sbin/init，上述講到的init程序的作用隻不過是/sbin/init這個程式的功能。如果我們想讓init執行自己想要的功能，那麼有兩種途徑：第一，使用自己的init程式，這包括使用自己的init替換/sbin/下的init程式或者修改傳遞給核心的參數，指定”init=xxx”這個參數，讓init環境變量指向自己的init程式；第二，就是修改init的配置檔案，因為init程式的很大一部分的功能都是按照其配置檔案執行的。
一般而言，在Linux系統中有兩種init程式：BSD init和System V init。BSD和 System V是兩種版本的UNIX系統。這兩種init程式各有優缺點，現在大多數Linux發行版本使用的都是System V init。但在嵌入式系統中常使用的是Busybox內建的init程式，下面基于它進行介紹。
2.3.1核心如何啟動init程序
核心啟動的最後一步就是啟動init程序，代碼在init/main.c檔案中，如下所示：
代碼并不複雜，與init啟動最強相關的就是run_init_process這個函數了，它運作指定的init程式，注意：一旦run_init_process運作建立程序成功，它将不會傳回，而是通過操作核心棧進入使用者空間。是以上面并不是運作了四個init程序，而是根據優先級，一旦某一個運作成功，就不往下繼續執行了。
下面較長的描述一下該函數的執行過程：
(1)打開标準輸入、标準輸出和标準錯誤裝置
Linux中最先打開的3個檔案分别稱作标準輸入(stdin)、标準輸出(stdout)和标準錯誤(stderr)，它們對應的檔案描述符分别是0、1、2.。
如下代碼就是執行這個操作，先打開檔案/dev/console作為保準輸入，然後将檔案描述符複制給檔案描述符1、2，這樣使得标準輸入、标準輸出以及标準錯誤都使用/dev/console這個檔案。注意代碼上面的注釋”該函數不能失敗，也就是說至少/dev/console必須存在”。
(2)如果變量ramdisk_execute_command為空，則将其指向/init程式，如果該程式存在，則運作該程式，并且程序不會傳回；如果該程式不存在，則置變量ramdisk_execute_command為NULL，代碼片段為：
(3)如果變量execute_command指定了要運作的程式，則運作它，并且不會傳回：
(4)依次嘗試幾個常見的init，一旦某一個成功，則不傳回：
(5)如果以上執行都失敗，那麼核心就挂了
至于init執行失敗可能的原因，詳見核心文檔Documentation\init.txt。
2.3.2init的執行流程
Busybox init程式對應的源代碼在init/init.c檔案中，下面先介紹其啟動過程。
核心啟動init程序的時候已經打開了”/dev/console”裝置作為控制台，一般情況下Busybox init程式就是要/dev/console。但是如果核心啟動init程序的時候同時指定了環境變量CONSOLE或者console，則init使用環境變量所指定的裝置。在Busybox中還會檢查這個指定的裝置是否可以打開，如果不能打開，則使用/dev/null。
Busybox init程序隻是作為其它程序的發起者和控制着，并不需要控制台與使用者互動，是以init程序會把它關掉，系統啟動後運作指令”ls /proc/l/fd/”可以看到該目錄為空。Init程序建立其它子程序的時候，如果沒有指名該程序的控制台，則該程序也是有前面确定的控制台，至于怎麼為程序指定控制台就通過init的配置檔案實作。
2.3.3init的配置檔案
Init可以建立子程序，然而究竟應該建立哪些程序呢？這個是可以通過其配置檔案定制的，init的配置檔案為/etc/inittab檔案。
Inittab檔案的相關文檔和示例代碼都在Busybox的examples/inittab檔案中，内容如下：
上圖中标有下劃線的一行就是inittab檔案中每一行内容的格式。Inittab檔案中的每個條目用來定義一個子程序，并确定它的啟動方法。每一行都分為四個字段，分别用”:”隔開，每個字段的意義如下：
(1)<id>：表示該子程序使用的控制台，如果該字段省略，則使用與init程序一樣的控制台。
(2)<runlevel>：該程序的運作級别，Busybox 的init程式不支援運作級别這個概念，是以該字段無意義，如果要支援runlevel意義，則建議使用System V Init程式。
(3)<action>：表示init如何控制該程序，是一個枚舉量，可能的取值及相應的意義如下表：
| Action取值 | 執行條件 | 說明 |
| sysinit | 系統啟動後最先執行 | 隻執行一次，init等它執行完後在執行下面的 |
| wait | 系統執行完sysinit程序後 | 隻執行一次，init等它執行完後在執行下面的 |
| once | 系統執行完wait程序後 | 隻執行一次，init程序不等待它結束 |
| respawn | 系統啟動完once程序後 | Init程序發現子程序退出，則重新啟動它 |
| askfirst | 系統啟動完respawn程序後 | 與respawn類似，不過init程序先輸出”Please press Enter to active this console”，等待使用者輸入Enter鍵後才啟動子程序 |
| shutdown | 系統關機時 | —— |
| restart | 當Busybox配置了CONFIG_FEATURE_USE_INNITTAB, 且init程序接收到了SIGHUP信号 | 先重新讀取、解析inittab檔案，再執行restart程式 |
| ctraltdel | 按下Ctrl+Alt_Del組合鍵時 | —— |
(4)<process>：要執行的程式，可以為可執行程式也可以是腳本，如果<process>字段前面有”-”字元，代表這個程式是可互動的，例如：/bin/sh程式。
最後給出一個inittab檔案的内容：
注意：如果inittab配置檔案不存在，那麼init就執行預設的配置：
3.建構自己的根檔案系統
3.1編譯Busybox
現在我們開始建構自己的根檔案系統，主要工作就是編譯Busybox，首先到官網下載下傳最新的源代碼，加壓縮到自己的工作目錄，我這裡不列出目錄，下面的截圖中都包含了完整的路徑，請大家看仔細。
首先解壓縮後看看Busybox源代碼的目錄結構，如下圖：
在源代碼目錄下有幾個檔案使我們必須關注的(很多開源代碼都有這幾個檔案，建議在開展實際的工作之前仔細閱讀一下這幾個檔案)，主要是：INSTALL、README以及examples目錄和docs目錄下的檔案。
Busybox可裁剪，而且支援像Linux核心那樣的圖形化配置界面，運作如下指令即可：
這個時候可能回報如下錯誤：
這個時候不必着急，之是以回報這個錯誤，是因為我們采用的配置界面需要終端的一些特殊配置，而這些配置是需要ncurses庫的支援，是以當出現這個錯誤的時候，說明你的編譯環境中沒有安裝此庫，使用如下指令安裝好這些庫即可。
在這些庫安裝好了，之後在運作之前的”make menuconfig”指令，即可出現如下的配置界面：
在這個界面中我們就可以進行裁剪，也就是選中自己需要的功能，其它的就不選擇。這裡有幾個配置選項比較重要，在這單獨拿出來說一下，至于完整的選項說明，請見附錄。
(1) 指定編譯後安裝的路徑
編譯完了Busybox後，我們需要安裝，安裝可以指定安裝路徑，在這個界面修改(當然，也可以在Makefile或者編譯指令指定)
從上圖我們可以看出，Busybox預設的安裝路徑是源代碼目錄的_install目錄(該目錄不存在，安裝的時候自動建立)。
(2) 靜态/動态編譯
我們可以靜态或者動态編譯Busybox，Busybox支援Glibc和Uclibc。選擇動态編譯，使得Busybox可執行檔案更小，選項開關在下圖：
經過上訴步驟之後，相比裁剪的工作已近完成了，這個時候選擇配置界面的Exit退出，這個時候會彈出對話框，詢問是否儲存剛剛的配置，這裡選擇”儲存”，之後就可以看到在源代碼目錄下多了一個.config檔案，如下圖：
.config配置檔案裡面的内容記錄了我們剛剛選中了哪些功能，内容如下：
每一個都是名值對的形式，名稱是一個環境變量，後面的值如果為”Y”就代表選中，注釋行代表裁減掉的功能。
好了，現在配置階段的事情就做完了，接下來就是編譯Busybox了，相信大家對編譯開源代碼不會陌生，直接執行如下指令即可：
編譯之後看看源代碼目錄都生成了一些啥：
從上圖可以很清楚的看到生成了兩個可執行檔案，也就是我們需要的Busybox可執行檔案，編譯階段的工作也做完了。
接下來我們安裝Busybox，使用如下指令：
接下來到安裝目錄_install下看看，都安裝了些啥：
從最下面的一個”ls”指令可以看出，雖然在/bin目錄下有很多指令，但是其實隻有一個真正的可執行檔案，也就是我們前面的生成的Busybox檔案，其它檔案都是到Busybox的軟連結(可以在配置界面設定為硬連結，這對于系統對inode數量有限制的情況下特别有用)。
至于軟連結，這個從”make install”安裝指令的執行過程中也可以看出來，如下圖：
好了，至此，我們的Busybox也就完成了。
雖說Busybox編譯成功了，需要的檔案也生成了，但是不是意味着我們學習Busybox的過程也結束了呢？顯然不是，我們剛剛簡單執行了一個”make”指令，就編譯成功了，但是我們必須要知道”make”指令背後執行了哪些操作，這個可以從編譯過程終端的輸出看到執行流程，如下圖：
這裡編譯輸出非常多，我們主要關注其中标注1和2的兩條，分别給出解釋：
(1) 解析.config檔案
這裡就是上圖示注1的那句話，主要的功能就是解析.config檔案，之前可以看到.config檔案中都是一些宏，這裡做的就是将整個檔案中的宏分别解析出來，存放到一個.h檔案中，檔案的存放的路徑為：
注意：config目錄是編譯過程中生成的。
檔案内容如下：
(2) 生成最終的配置檔案
通過上面config目錄下的檔案生成一個完整的.h檔案，裡面是最終的一個配置檔案，内容如下：
檔案内容比較多，而且分為幾個獨立的部分，我們首先來看看最前面的部分：
從内容可以看出，這就是我們最終要生成的指令的名字，将它們所有都放在一個數組中。
接下來看看該檔案最後部分的内容：
從檔案内容可以看出，這是上面每個指令的入口函數，指令很有特點，一眼就看出來了哦。從這裡可以看出這裡是一個函數指針數組，根據傳入的下标選擇運作不同的函數，這就是為什麼在Busybox中指令”ls”的運作效果等同于”busybox ls”，如下圖：
好了，最後再讓我們看看編譯完Busybox後的安裝目錄吧：
3.2向Busybox中添加新指令
接下來我們就介紹一下怎麼想Busybox中添加自己的指令，這個也就是搞清楚Busybox的組織架構。之前如果有在核心中添加驅動的同學相信在Busybox中添加新的指令難不倒大家哦。
(1) 首先選擇指令存放的路徑
Busybox目錄下有非常多的子目錄，每個目錄都放着一類指令，例如：net目錄放着與網絡相關的，shell放置着與shell相關的指令，我們這裡隻是為了舉例說明添加一個指令的流程，是以我将指令放置在如下目錄：
(2) 其次就是編寫指令源檔案
我們要運作自己的指令肯定就得編寫自己的源代碼，這裡主要為了說明流程，是以使用如下簡答源代碼：
這裡編寫源代碼有一點一定要注意，Busybox采用統一的命名風格，這個從之前的函數指針數組也能看出，是以我這裡指令是”hello_busybox”，那麼我的函數名就一定是”hello_busybox_main”。
(3) 修改相關的編譯檔案
我們将自己的源檔案編譯進去之後，整個Busybox是不會理會這個檔案的存在，即使你這個時候使用”make”指令編譯Busybox，也會發現上面的.c源檔案并沒有被編譯，因為我們并沒有将這個檔案告訴Busybox的編譯系統，類似之前放置驅動程式需要修改核心的Kconfig檔案一樣，我們也需要修改Busybox中類似的檔案。
首先修改如下檔案：
添加自己的指令，格式仿造其它已經存在的條目即可，修改後内容如下：
修改這裡主要是使得執行”make menuconfig”指令的時候，配置界面可以出現我們新增的指令，讓使用者對該指令可以配置，第一行是标示該指令的一個環境變量；第二行是出現在配置界面上的文字，是一個布爾量，取值為”Y”或者”N”；第三行是這個選項的預設值，這裡預設是選中的；第四行和第五行是該指令在配置界面的幫助資訊。
修改上面的檔案隻是讓配置界面出現我們這個指令，以及根據是否選擇置環境變量”HELLO_BUSY_BOX”為”Y”或”N”，但是它還不能影響Busybox的編譯系統是否編譯我們的源檔案，Busybox到現在甚至不知道我們的源檔案叫啥名字。
接下來我們還需要修改如下檔案：
修改後的内容如下：
到這裡讀者應該明白前面修改那個檔案最主要的最用了，根據環境變量”HELLO_BUSYBOX”的取值，決定是否編譯我們的源檔案。
到這主要的工作已經完成了，但是還有部分工作必須得做，首先想想我們的指令(也就是一個名為hello_busybox的指向busybox的軟連結檔案)生成了放在哪裡呢？系統中存放指令的地方很多，例如“/bin”、“/sbin”、“/usr/bin”和“/usr/sbin”等，這就需要修改下面的檔案：
修改後的内容如下：
這裡我們主要關注括号裡面的三個參數：第一個是指令的名字；第二個是指令存放的路徑，第三個是指令的權限。
接下來我們還要做一件非做不可的事情，就是每個指令都有幫助資訊，我們這裡也需要為新添加的指令增加幫助資訊，修改如下檔案：
修改後的檔案如下圖：
好了，至此，在Busybox中添加一條新的指令該做的修改該做都做完了，剩下的就是測試添加的指令是否生效，是否可用。
(4) 編譯、測試
首先是執行配置操作，”make menuconfig”指令，出現頂層的配置界面，選中下圖的那一條，按下Enter鍵：
進入子條目後就很容易看到我們添加的那條指令了，如下圖中選中的那條：
做好了配置工作之後我們就可以執行編譯操作了，在看編譯過程之前，先讓我們看看有沒有生成我們的配置檔案，如下圖：
檔案内容如下：
這裡有個很奇怪的問題，我們新加的指令的名字是”hello_busybox”，那麼生成的配置檔案應該是”hello_busybox.h”，但是各位看官仔細看看上面出現了什麼情況：竟然在config目錄下生成了hello子目錄，然後在裡面放置”busybox.h”檔案，相信大家也猜到了規律，那就是Busybox會将名字做拆分，以”_”為分割字元，最後一個才是檔案名，前面的都是子目錄，這個我沒有再去驗證，但我認為應該是這樣的。
好了，接下來我們就執行”make”指令，截圖如下：
從上圖中可以看到，我們新加的指令成功生成，也安裝的目錄也正确。
接下來我們就去執行一下我們的指令，如下圖：
從上面圖中三條指令的執行情況來看，我們添加指令成功。
4.附錄
4.1Busybox實作的簡單分析
在這裡，我們來簡要的分析一下Busybox的實作過程，在前面的第3點中已經提及了一部分這方面的内容。
在前面也分析了Busybox的目錄結構，那種分法是比較僵硬的，因為完全是按照目錄來劃分的，其實如果要更好的了解Busybox的實作，那麼我們應該将它劃分為兩個部分：第一，這部分主要是各個指令(applets)的實作，其實大家也發現了，很多目錄都屬于這部分，隻不過它們按照功能細分了，例如網絡指令(networking目錄)、編輯指令(editors目錄)等，這部分也可以了解為是Busybox(各個指令)的啟動代碼部分；第二部分則是libbb目錄下的内容，也就是Busybox(各個指令)的共享代碼部分。
下面我們分别來介紹這兩部分的主要内容：
4.1.1applets的實作
目錄”applets”包含了Busybox的啟動代碼(applets.c和Busybox.c)，以及幾個包含獨立指令的子目錄。
Busybox從applets/busybox.c檔案中的main()函數開始執行，該main函數将變量applet_name指派為argv[0]，然後調用applets/applets.c檔案中的run_applet_and_exit()函數繼續執行。run_applet_and_exit()函數使用applets[]數組(定義在include/busybox.h中，在include/applets.h中填充内容)将程式的控制權傳遞給APPLET_main()函數(例如：cat_main()或sed_main())。獨立的applet指令從這裡開始接管執行。
這就是為什麼Busybox下的不同名稱的指令調用不同的功能：main()函數使用argv[0]作為參數在applets[]數組中查找合适的指向APPLET_main()函數的函數指針。
Busybox中的applets同樣可以通過複用器”busybox”applet(檢視libbb/appletlib.c檔案中的函數Busybox_main())調用，以及通過單獨的shell（在shell/*.c中使用grep指令查找SH_STANDALONE）。關于使用這兩種機制調用指令更多的資訊可以檢視官網資訊，其實它們隻是通過不同的路徑調用APPLET_main()函數。
指令(applet)子目錄(archival,console-tools, coreutils, debianutils, e2fsprogs, editors, findutils, init, loginutils,miscutils, modutils, networking, procps, shell, sysklogd, and util-linux)對應着menuconfig中的子菜單的配置項。每一個子目錄都包含實作相應子菜單指令的代碼，每一個子目錄下有一個Config.src檔案，用于産生menuconfig菜單，有一個Kbuild.src檔案用于生産類似Makefile功能的檔案。
運作時的—help資訊是儲存在usage_message[]數組中的，該數組通過從usage.h中擷取幫助資訊，在applets/applets.c中初始化該數組。在編譯的過程中，這些幫助資訊同樣被用于在docs目錄下産生Busybox的文檔(html,txt和man頁面格式)
4.1.2libbb的實作
絕大多數非啟動且在各個Busybox指令(applets)中共享的代碼都放在libbb目錄下。該目錄多年未清理，比較雜亂。如果有人想尋找一個好的項目參加到Busybox的開發中，那麼将libbb進行文檔結構化将會是十分有幫助的，而且是個不錯的鍛煉機會。
在libbb的共同主題包括配置設定功能測試失敗和中止程式的錯誤消息，以便調用者不用測試傳回值(xmalloc()，xstrdup()等)，經過封裝的open()，close()，read()，write()，這些經過封裝的函數可以測試自己的失敗和/或自動重試，也包含連結清單管理功能的函數(llist.c)，指令行參數的解析(getopt32.c)，和一大堆其它的内容。