操作系统构成实验(使用U盘启动计算机)

目录1.课程设计实习目的.......................................................12.准备知识...............................................................12.1Linux操作系统的启动流程..........................................12.2开机载入程序——GRUB2.............................................12.3Linux根文件系统简介..............................................32.4BusyBox介绍......................................................43.实习内容..............................................................44.实习指导..............................................................44.1实验设计思想......................................................54.2配置新内核bzImage.................................................54.3制作启动盘（boot盘）..............................................74.4制作根文件系统盘（RootFilesystem盘）............................94.5系统整合.........................................................134.6系统测试.........................................................135.习题练习.............................................................136.小组成员负责项目及参考文献...........................................13操作系统构成实验报告11.课程设计实习目的一．了解一个操作系统的基本组成部件二．掌握Linux操作系统的基本操作三．构造一个微型Linux操作系统2.准备知识2.1Linux操作系统的启动流程一个Boot/Root盘实际上是一个完整系统的缩影，基本上是放于一张U盘上的一个小型而自给自足的Linux系统，它能够执行一个完整系统的大部分功能。故在制作Boot/Root盘之前，你应该了解基本的Linux启动流程。开机后，系统执行存放在ROM中的BIOS程序，然后根据的设置BIOS决定是从硬盘还是软盘启动。若是从硬盘启动，则读入0柱面0磁头1扇区的MBR，引导系统的执行。一般在LinuxOS中启动盘的0柱面0磁头1扇区中装的是启动装载器GRUB2，它定位内核并装载内核，最后执行内核。如果GRUB2装在MBR（MasterBootRecord），则先由BIOS把GRUB2代码调入内存，然后跳转执行GRUB2，再装载执行内核，即：BIOS－GRUB2（在MBR中）－KERNEL；一旦内核装载完毕后，开始初始化系统所有硬件设备，当硬件设备初始化完成后，启动过程会就此停止而等待根文件系统的装载。接着，系统在RootFilesystem上找到init程序并执行它，init程序寻找它的配置文/etc/inittab，并开始执行其中的脚本，这些脚本是一些SHELL命令的组合，用来执行下面一些命令，如加载所需的模块、装载SWAP、初始化网络、装载fstab中列出的所有驱动器等，至此，系统启动流程完毕2.2开机载入程序——GRUB2GRUB2是一个在Linux环境下编写的引导安装（BootLoader）程序（故其安装和配置都要在Linux下进行），其主要功能是引导LinuxOS的启动。GRUB不仅可作为Linux分区的引导扇区内的启动程序，而且可放入MBR中完全控制BootLoader的全过程。新布局GRUBlegacy版本将文件放置在/boot/grub/目录下，包括在启动过程中读取并显示内容给用户的menu.lst文件。GRUB2将文件主要放在三个地方：(1)/boot/grub/grub.cfg--这是替代menu.lst的主要配置文件。不像menu.lst那样，grub.cfg不能手动更改！我强烈建议不要尝试干预这个文件，无论是使用chattr命令或者其他。由他去就行。(2)/etc/grub.d/--这个新文件夹包含GRUB脚本。这些文件是创建grub.cfg文件的基础。当相关的GRUB命令执行以后，这些脚本以某个特定的顺序被读取并且创建grub.cfg文件。(3)/etc/default/grub--这个文件包含GRUB脚本读取并且写入grub.cfg文件的GRUB菜单。它是GRUB的定制部分，类似于老的menu.lst文件，实际启动项目除外。这意味着，如果您想改变GRUB菜单，您将必须编辑已经存在的脚本或者创建新的脚本，然后更新菜单。相比老的GRUB，这更类似于LILO，LILO允许在运行中编辑菜单。Grub.cfg文件实例文件位于：/boot/grub/:操作系统构成实验报告2/etc/grub.d/目录示例我们来看一下这些脚本：00_header是从/etc/default/grub中加载GRUB设置的脚本，包括超时、默认启动项和其他。我们会稍侯了解更多。05_debian_theme定义背景、颜色和主题。这个脚本的名字很明确将会改掉当别的版本采用GRUB的时候。10_linux为已经安装的发行版加载菜单项。20_memtest86+加载memtest（内存测试）功能30_os-prober这个脚本将会扫描硬盘上的其他操作系统并且添加到启动菜单。40_custom是一个您可以用来创建新加的条目到菜单的模板。/etc/default/grub目录示例文件位于：/etc/default/目录下操作系统构成实验报告3这个目录包含很多其他文件所以不要以为仅仅被GRUB使用。grub文件是一个被00_header脚本解析的文本文件。注：脚本语言（Scriptlanguage）是为了缩短传统的编写-编译-链接-运行（edit-compile-link-run）过程而创建的计算机编程语言。早期的脚本语言经常被称为批量处理语言或工作控制语言。一个脚本通常是解释运行而非编译。脚本语言通常都有简单、易学、易用的特性，目的就是希望能让程序员快速完成程序的编写工作。而宏语言则可视为脚本语言的分支，两者也有实质上的相同之处。脚本语言通常以文本(如ASCII)保存，只在被调用时进行解释。许多脚本语言用来执行一次性任务，尤其是系统管理方面。它可以把服务组件粘合起来，因此被广泛用于GUI创建或者命令行，操作系统通常提供一些默认的脚本语言，即通常所谓shell脚本语言。在许多方面，高级编程语言和脚本语言之间互相交叉，二者之间没有明确的界限。脚本简单地说就是一条条的文字命令，这些文字命令是可以看到的（如可以用记事本打开查看、编辑），脚本程序在执行时，是由系统的一个解释器，将其一条条的翻译成机器可识别的指令，并按程序顺序执行。因为脚本在执行时多了一道翻译的过程，所以它比二进制程序执行效率要稍低一些。2.3Linux根文件系统简介RootFilesystem必须包含支持完整Linux系统运行所需要的每一个项目，为此它必须至少包括能让Linux系统运行的最起码需求（即基本的文件系统构架，其它需求可在系统运行时或系统运行之后动态加载）：1．最起码的目录：/dev，/bin，/sbin，/etc，/usr；2．最基本的命令文件：ash（或bash等，shell是必不可少的），cp，rm，ls，mkdir，cd；3．最起码的配置文件：rc，inittab，etc.；4．最起码的设备文件：/dev/fd0，/dev/tty*，/dev/hd*，console，/dev/ram0，etc.；上述文件大小远远小于4M，所用U盘大小为1G。当用U盘启动时，文件自己先解压到内存中，形成一个虚拟启动盘（Ramdisk），通过Ramdisk来控制启动。因此，为了能够创建以上的根文件系统，必须有一个空闲的能放下约4M文件的操作系统构成实验报告4Ramdisk。2.4BusyBox介绍busybox是一个集成了一百多个最常用linux命令和工具的软件,他甚至还集成了一个http服务器和一个telnet服务器,而所有这一切功能却只有区区1M左右的大小.我们平时用的那些linux命令就好比是分立式的电子元件,而busybox就好比是一个集成电路,把常用的工具和命令集成压缩在一个可执行文件里,功能基本不变,而大小却小很多倍,在嵌入式linux应用中,busybox有非常广的应用,另外,大多数linux发行版的安装程序中都有busybox的身影,安装linux的时候按ctrl+alt+F2就能得到一个控制台,而这个控制台中的所有命令都是指向busybox的链接。Busybox的小身材大作用的特性,给制作一张软盘的linux带来了及大方便。BusyBox被称作“TheSwissArmyKnifeofEmbeddedLinux”，它仅仅用一个可执行文件就可以提供一个基本的Linux操作系统所需的常用命令。不但体积小，配置起来也方便，只需很少的配置文件即可以运行。一个由BusyBox构成的Linux操作系统加上内核完全可以做到只占用2、3M空间，甚至可以更小。BusyBox是Linux下的一个开放源代码软件，编译的时候需要gcc和glibc的支持，也可以用uClibc代替glibc。注：glibc是gnu发布的libc库，即c运行库。glibc是linux系统中最底层的api，几乎其它任何运行库都会依赖于glibc。glibc除了封装linux操作系统所提供的系统服务外，它本身也提供了许多其它一些必要功能服务的实现。3.实习内容一．通过实验平台提供的Linux操作系统中的make工具重新配置新内核，要求所配置的内核尽量小。二．制作一张启动盘（BootDisk）。要求将该启动盘放于一张U盘上，用GRUB2引导程序引导，其引导内核为上面新配置的内核，同时考虑将它所引导的根文件系统（RootFilesystem）放于同一U盘上。三．制作一张根文件系统盘（RootFilesystemDisk）。要求该启动盘也能放于同一张U盘上，并能通过上面做成的启动盘成功引导并进入系统，从而得到一个微型的Linux操作系统。4.实习指导一．实验流程操作系统的设计本身是一个非常复杂和困难的工作，本实验参考Linux操作系统的启动流程和内核架构，按照如下流程实现了小型操作系统的设计：1．BootLoader程序的选择2．配置新内核3．制作启动盘4．制作根文件系统盘5．系统测试通过本实验，实验者一定会对“操作系统构成”有一个全新的了解和整体概念，进而加深对操作系统的理解。二．开机引导程序的选择一般来说，一个操作系统都有一个开机引导程序，当然Linux操作系统也不例外。不过Linux操作系统构成实验报告5操作系统的引导工具很多，比如LOADLIN、SYSLINUX、LILO、GRUB等，我们为什么要选择GRUB呢？通过以下比较，就可以知道原因了。我们可以用LOADLIN从MS-DOS引导Linux。但不幸的是，它需要在MS-DOS分区中有一份Linux内核的拷贝（如果计算机有SCSI适配器，还需要一个初始的RAM盘）。若一定要用LOADLIN，可以从