用U盘在电脑端启动linux内核(kernel)最小系统

本文记录我制作u盘驱动的过程，按照这篇教程，你可以得到一个装有kernel 版本linux-5.8.9操作系统的u盘，可以启动x86架构的主板，文件系统使用busybox制作。

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o制作u盘启动linux系统
o所需工具
o第一步为u盘分区
o第二步为u盘安装grub
o第三步编译kernel
o第四步制作文件系统

所需工具

高质量u盘一个，容量大于4G
linux-5.8.9.tar.xz源码
busybox-1.32.0.tar.bz2源码
装有ubuntu系统pc一台

注意：

u盘不能使用那种扩容的劣质u盘，因为可能找不到u盘的mbr;

内核源码下载地址https://www.kernel.org/
busybox源码下载https://busybox.net/

第一步、为u盘分区

宿主机可以使用ubuntu也可以是装有vmware的win7,有一个linux运行环境即可，因为要使用linux命令fdisk为u盘分区;按照以下步骤做保证能成功。

1.在ubuntu中使用fdisk -l找到我们的u盘，例如根据大小判定我们的u盘为/dev/sdb

2.使用fdisk /dev/sdb进入fdisk界面，m打印帮助信息

3.使用o命令清除分区信息，使用n命令为u盘分两个区，200M+4G+剩余空间，200M用于boot分区，4G用于交换分区，剩余空间自己使用;（其实有一个分区就可以了，因为我们的u盘启动后，直接就可以拔掉了，kernel是运行在内存中的）

4.使用a命令设置1分区为活动分区

5.使用t命令设置2分区为82交换分区（没有就可以不用设置）

6.使用w命令保存并退出

7.有了分区了，但是分区里还没有文件系统，也就不能使用，我们使用mkfs.ext3 /dev/sdb1将我们的boot分区格式化，也可以使用mkfs.ntfs /dev/sdb3将其余空间格式化为win7可识别分区

第二步、为u盘安装grub

下面为u盘安装grub，其实就是在u盘前512字节写入我们想要的mbr，电脑启动后经过bios引导，识别到u盘为第一启动盘后，读取u盘前512字节，这512字节记录了u盘分区信息;这样就知道了活动分区，然后根据活动分区中装有的grub和grub配置信息找到kernel和initrd涉及到的grub命令有grub-install和update-grub

接下来的步骤

1.将u盘boot分区挂在到一个目录，例如我的:mount /dev/sdb1 /mnt/rootfs

2.grub-install –root-directory=/mnt/rootfs /dev/sdb

3.添加grub.cfg文件，该文件就是开机选择启动项的配置文件

路径在u盘boot分区的/boot/grub/grub.cfg，下面是我的grub.cfg

menuentry ‘Name of the kernel,u can edit by yourself’ --class ubuntu --class gnu-linux --class gnu {
insmod gzio
insmod ext2
search --no-floppy --fs-uuid --set=root 00a1d7dc-9221-4237-a7b7-cf20c8ad98ac
linux /vmlinux
initrd /initrd
}

解释：
search 开头行的root后面空格接你boot分区的uuid
vmlinux文件是你boot目录里将要放的kernel
initrd文件是boot目录将要放的linux系统文件
uuid查看方法是使用blkid命令找到对应的启动分区的编号。
至此，你可以将u盘插入电脑，设置bios的u盘为第一启动，我是用的是宏碁台式机，开机后按F12进入选择boot 的device，此时选择对应U盘的按回车就OK了，进入引导程序grub界面，根据提示 输入e 进入编辑模式，如果没有错误的话将看到你grub.cfg中的menuentry中的命令了，也可以临时更改里边的命令，改完后之间按F10 boot，就会加载kernel和initrd，不想更改grub.cfg的话可以直接按回车boot，但是回车后还不能进入，so 还没有拷贝kernel和initrd啊！

第三步、编译kernel

将下载好的kernel解压，使用tar -xvf ./linux-5.8.9.tar.xz;然后进入到kernel目录cd linux-5.8.9,下面开始编译 因为我的busybox使用的是64位的所以要做以下的操作：

1、make x86_64_defconfig
2、Make menuconfig
(1)General setup  ---> 
[*] Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support  
(2)Device Drivers  --->
[*] Block devices  --->
<*>   RAM block device support
(16)   Default number of RAM disks 
(8196) Default RAM disk size (kbytes)
(3)
File systems  --->
<*> Second extended fs support
<*> The Extended 3 (ext3) filesystem 

相关的文件系统类型要选择好。
配置完，使用make命令生成bzimage镜像
至此在linux-5.8.9的/arch/x86/boot/bzImage 文件是存在的
然后将bzImage拷贝到u盘的boot分区，并改名字为vmlinux

第四步、制作文件系统

解压busybox源码，cd到解压后的目录中，使用make menuconfig配置，至于配置选项，采用默认即可，需要知道与注意的选项是busybox生成的文件系统有静态链接方式和动态链接方式，所谓静态库就是在bin目录下的busybox程序不需要库文件，因为库文件已经静态编译到程序中了;动态链接方式不能直接运行/bin目录下busybox程序，因为busybox需要动态库支持，这就需要将busybox所需的库文件和链接文件copy到lib目录。为了简单期间可以采用静态链接方式（ [*] Build static binary (no shared libs)）。这样在busybox源码根目录下make后，make install 在当前目录会生成一个_install目录，直接将该目录下的内容复制出来即可。
我们制作的u盘启动项可以在kernel运行起来后拔掉u盘，这是因为我们采用intrd的内存加载方式运行kernel，那么怎么制作initrd呢？

1.在你的电脑上创建一个目录用来制作initrd文件系统，mkdir homeDir
2.将busybox生成的_install目录下的所有内容拷贝到homeDIr目录
3.注意将homeDIr中的linuxrc改名为init
4.在homeDir目录中的etc目录下创建inittab文件，文件内容：

::sysinit:/etc/init.d/rcS
::respawn:-/bin/sh
::askfirst:-/bin/sh
::ctrlaltdel:reboot
::shutdown:/etc/init.d/shutdown.sh

5.在homeDir/etc/init.d/目录下创建rcS文件，文件内容为创建所需目录，创建dev目录节点，mount虚拟文件系统等。

#! /bin/sh
/bin/mount -a
mkdir -p /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s

6.在homeDir目录下创建一个脚本，用来生成initrd文件，文件内容：

#!/bin/sh
rootDir=/tmp
rm -rf $rootDir/initrd
find .|cpio -o -H newc |gzip -9 > $rootDir/initrd
echo “create initrd successed !!”

7.将生成initrd文件拷贝到u盘的boot分区根目录下。

这里需要注意的知识点如下：
弄清楚三个文件之间的调用关系，initrc/inittab/rcS。kernel启动后在kernel_start中调用init等函数，函数会执行boot分区根目录下的initrc，initrc会调用/etc/inittab，然后inittab执行/etc/init.d/rcS，至此进入了命令行终端，系统就起来了。其实还有其他很多细节需要处理，例如需要在rcS中设置网络ip，设置登录帐号密码，设置用户名，设置自动磁盘挂载，设置驱动动态加载等等。
弄清楚busybox的udev和mdev区别，以及两个命令与hotplug的机制;简单说就是当有热插拔时间成生时，kernel发送事件的给hotplug注册的函数，如果使用udev的话，udev会根据接受到的事件和自己的配置信息执行特定的同做，例如在dev目录下创建节点，执行驱动程序的动态加载等操作。具体信息建议自行百度.
fstab文件和mount -a/umount -a命令的使用
passwd和shadow文件的作用以及使用如下命令

[[email protected] ~]# openssl passwd -1 -salt $(< /dev/urandom tr -dc ‘[:alnum:]’ | head -c 32)

感谢以及参考：
https://blog.csdn.net/mr_zhaojy/article/details/51438199