實現(xiàn)嵌入式Linux系統(tǒng)的新方法

在Linux中會遇到由于文件系統(tǒng)損壞，需要人工修復(fù)而導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常啟動的現(xiàn)象。本文采用Linux初始化內(nèi)存盤（INITRD）技術(shù)，并把內(nèi)存的一部分作為Linux的根目錄，每次啟動把完整的文件系統(tǒng)解壓到這里，避免了系統(tǒng)從損壞的文件系統(tǒng)啟動。這不僅使系統(tǒng)能正常啟動，而且提高了系統(tǒng)性能。
　　引言
　　在Linux操作系統(tǒng)中，有一項特殊的功能——初始化內(nèi)存盤INITRD（INITial Ram Disk）技術(shù)，而且內(nèi)核支持壓縮的文件系統(tǒng)映像。有了這兩項功能，我們可以讓Linux系統(tǒng)從小的初始化內(nèi)存盤啟動，并把系統(tǒng)內(nèi)存的一部分作為根文件系統(tǒng)掛載，而且不使用交換分區(qū)（如果不運(yùn)行X Windows這是完全可以的），即把Linux系統(tǒng)完全嵌入到內(nèi)存中，而不依賴于任何其他硬盤?，F(xiàn)在PC機(jī)內(nèi)存至少128M，而根文件系統(tǒng)所用的只有30MB，因此不僅不會使整機(jī)性能下降，反而有很大的提高。
　　由于系統(tǒng)不工作在硬盤上，所以系統(tǒng)消除了由于機(jī)械驅(qū)動而導(dǎo)致的問題；因為系統(tǒng)運(yùn)行于內(nèi)存中，根文件系統(tǒng)和操作完全在CPU/RAM環(huán)境下，系統(tǒng)性能在速度和可靠性方面非常好；它不會由于非法關(guān)機(jī)而破壞文件系統(tǒng)，因為我們每一次啟動是把壓縮的文件系統(tǒng)解壓至內(nèi)存盤中作為根文件系統(tǒng)掛載。
　　1 硬件要求
　　對于這樣一個系統(tǒng)，硬件不需要特別的設(shè)計，只是通過普通的PC機(jī)上的組件實現(xiàn)。值得一提是系統(tǒng)的內(nèi)存的大小，它至少應(yīng)該有64M。因為30M作為Ramdisk使用，剩下30多兆作為系統(tǒng)運(yùn)行，才能保證系統(tǒng)的正常工作，我們現(xiàn)在的計算機(jī)內(nèi)存一般為128M，這個條件都能滿足。唯一特別的是一個flash盤 ，它相當(dāng)于一個IDE接口的硬盤，大小為20M，主要用它作為啟動LILO和放置根文件系統(tǒng)壓縮包。
　　2 Ramdisk的使用
　　Ramdisk就是將內(nèi)存的一部分分配為一個分區(qū)并作為硬盤來使用。對于系統(tǒng)運(yùn)行時不斷使用的程序，將它們放在Ramdisk中將加快計算機(jī)的操作，如大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、無盤工作站等。為了能夠使用Ramdisk，我們在編譯內(nèi)核時須將block device中的Ramdisk支持選上，它下面還有兩個選項，一個是設(shè)定Ramdisk的大小，默認(rèn)是4096k；另一個是initrd的支持。它既可以直接編譯進(jìn)內(nèi)核，也可以編譯成模塊，在需要的時候加載。我們由于在啟動時就用它，所以必須將它直接編譯進(jìn)內(nèi)核。
　　如果對Ramdisk的支持已經(jīng)編譯進(jìn)內(nèi)核，我們就可以使用它了。首先在/mnt目錄下創(chuàng)建目錄ram，運(yùn)行mkdir /mnt/ram；然后對/dev/ram0創(chuàng)建文件系統(tǒng)，運(yùn)行mke2fs /dev/ram；最后掛載上/dev/ram，運(yùn)行mount /dev/ram /mnt/ram，就可以象對普通硬盤一樣對它進(jìn)行操作了。值得注意的是，在創(chuàng)建文件系統(tǒng)的時候，在屏幕上輸出1024 inodes ，4096 blocks，即ramdisk大小為4M＝4096個塊，但是我們掛載上之后，用命令df –k /dev/ram查看時，顯示出來ramdisk大小只有3963K，這是由于文件系統(tǒng)本身占用了一些空間。
　　我們能根據(jù)需要改變ramdisk地大小。如我們要把默認(rèn)的4M增大到10M，當(dāng)ramdisk是直接編譯進(jìn)內(nèi)核的情況下，可在LILO配置文件lilo.conf中加入一行：append＝“ramdis_size=10000”，運(yùn)行LILO后，重啟計算機(jī)后，ramdisk大小變?yōu)?0M，或者在啟動是作為啟動行參數(shù)ramdis_size=10000；當(dāng)ramdisk是作為可加載模塊編譯時，需要在模塊加載配置文件/etc/modules.conf中加入一行：options rd rd_size=10000，或者在加載rd模塊是在后面加上說明，即insmod rd rd_size=10000。
　　3 實現(xiàn)過程
　　3.1創(chuàng)建壓縮的文件系統(tǒng)
　　我們的實現(xiàn)過程是依賴于存在的Linux系統(tǒng)。首先啟動一般的Linux系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中根據(jù)自己的需要，創(chuàng)建一個適合功能的文件系統(tǒng)。例如我們要實現(xiàn)Apache網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，那么只要把完成系統(tǒng)啟動和基本維護(hù)需要的一些命令、腳本、配置文件和庫函數(shù)留下，再加上實現(xiàn)Apache服務(wù)器所需要的。具體過程為：
　　在Linux下建立目錄/minlinux，我們在此目錄下創(chuàng)建的文件系統(tǒng)。系統(tǒng)的所有靜態(tài)鏈接庫，幫助手冊（man pages），信息頁（info pages），頭文件，內(nèi)核源碼對于系統(tǒng)運(yùn)行是完全無用的，所以不需要它們。在目錄bin下放系統(tǒng)維護(hù)的一些基本工具，如ls、mv、grep、chown、chmod、chgrp、ln、rm等；在sbin下是系統(tǒng)啟動過程通常需要的命令，如bash、e2fsck、mke2fs、fdisk、insmod、rmmod、depmod、modprobe、lsmod、shutdown、reboot、login、init、getty、mount、umount、等；usr/bin下放置Apache應(yīng)用程序http和其他一些特殊工具。然后根據(jù)這些可執(zhí)行文件需要的動態(tài)鏈接庫來確定lib目錄下的內(nèi)容。當(dāng)然目錄etc下的配置文件，dev下的設(shè)備文件需要的都必須要有，它們都是和可執(zhí)行文件對應(yīng)的，因為許多可執(zhí)行文件執(zhí)行時，一般是打開設(shè)備，根據(jù)配置文件來運(yùn)行。有一個特殊的目錄proc應(yīng)該設(shè)置，在內(nèi)核編譯選項文件系統(tǒng)選擇中，我們選擇對文件系統(tǒng)proc的支持，那么在系統(tǒng)運(yùn)行之后它下面有許多內(nèi)容，這些內(nèi)容是實時、不斷跟蹤系統(tǒng)內(nèi)核和正在運(yùn)行的進(jìn)程的狀態(tài)而產(chǎn)生的，但不占用任何磁盤空間，而是駐留在內(nèi)存中。在某些情況下，可以通過它來系統(tǒng)設(shè)置，許多工具從這里獲取信息，如dmesg、ps、top等。文件系統(tǒng)制作完成，大小應(yīng)該在20MB左右。
　　接下來把文件系統(tǒng)拷貝至ramdisk為生成ramdisk映像文件做準(zhǔn)備。我們把系統(tǒng)的ramdisk 改變到30M，重啟計算機(jī)后，執(zhí)行下列操作：
　　dd if=/dev/zero of=/dev/ram bs=1k count=30000 把ramdisk調(diào)整到零，以便后面有更高的壓縮率；
　　mke2fs –m0 /dev/ram 30000 在ramdisk上建立30M的ext2文件系統(tǒng)；
　　mount /dev/ram /mnt/ram 將已格式化的ramdisk掛載至目錄/mnt/ram；
　　cp –av /minlinux/* /mnt/ram 將文件結(jié)構(gòu)拷貝至ramdisk。