Как самому за один вечер собрать минимальную ОС Linux из исходного кода

▍ Минимальная операционная система Linux

• aбстракции для различных физических устройств ввода-вывода, с которыми может работать процессор (драйвера устройств),
• aбстракции структур данных для хранения (файловые системы),
• aбстракции для разделения во времени выполнения программных инструкций (процессы, потоки),
• другие абстракции.

▍ Загрузка операционной системы Linux

1. Происходит включение компьютера.
2. BIOS или UEFI находит на компьютере загрузчик операционной системы и передаёт управление ему.
3. Загрузчик операционной системы загружает в оперативную память файл ядра Linux и файл образа начальной файловой системы (файл initrd).
4. Загрузчик операционной системы передаёт управление ядру операционной системы Linux.
5. Ядро операционной системы проводит начальную инициализацию.
6. Ядро операционной системы получает доступ к файлам, которые находятся в образе начальной файловой системы (монтирует образ).
7. Ядро ищет файл init в начальной файловой системе и запускает самый первый процесс пользователя на его основе.
8. Процесс init монтирует уже постоянную файловую систему, продолжает инициализацию операционной системы и переносит корень файловой системы Linux на смонтированную файловую систему и запускает другие процессы, которые необходимы для инициализации.

▍ Дистрибутивы Linux

▍ Загрузка операционной системы

1. Будет ли использоваться для загрузки BIOS или UEFI.
2. На каком носителе (жёсткий диск, флеш-накопитель, оптический диск, компьютерная сеть) BIOS или UEFI будет искать загрузчик.
3. Как размечен жёсткий диск или флеш-накопитель (MBR или GPT).
4. На каком носителе и в какой файловой системе (FAT, NTFS, EXT, CDFS и др.) будут располагаться файл ядра и файл с образом начальной корневой файловой системы, называющийся initrd.

▍ Структура начальной корневой файловой системы

▍ Наборы утилит

• GNU Core Utils;
• BusyBox.

▍ Создание среды для сборки Linux

▍ Создание минимальной Linux в Ubuntu 22.10

cd ~
        $ mkdir -p simple-linux/build/sources
        $ mkdir -p simple-linux/build/downloads
        $ mkdir -p simple-linux/build/out
        $ mkdir -p simple-linux/linux
        $ sudo apt update
        $ sudo apt install --yes make build-essential bc bison flex libssl-dev libelf-dev wget cpio fdisk extlinux dosfstools qemu-system-x86
    

$ cd simple-linux/build
        $ wget -P downloads  https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.15.79.tar.xz
        $ wget -P downloads https://busybox.net/downloads/busybox-1.35.0.tar.bz2
    

$ tar -xvf downloads/linux-5.15.79.tar.xz -C sources
        $ tar -xjvf downloads/busybox-1.35.0.tar.bz2 -C sources
    

$ cd sources/busybox-1.35.0
        $ make defconfig
        $ make LDFLAGS=-static
        $ cp busybox ../../out/
        $ cd ../linux-5.15.79
        $ make defconfig
        $ make -j8 || exit
        $ cp arch/x86_64/boot/bzImage ~/simple-linux/linux/vmlinuz-5.15.79
    

$ mkdir -p ~/simple-linux/build/initrd
        $ cd ~/simple-linux/build/initrd
        $ vi init
    

#! /bin/sh
                mount -t sysfs sysfs /sys
                mount -t proc proc /proc
                mount -t devtmpfs udev /dev
                sysctl -w kernel.printk="2 4 1 7"
                /bin/sh
                poweroff -f
            

$ chmod 777 init
        $ mkdir -p bin dev proc sys
        $ cd bin
        $ cp ~/simple-linux/build/out/busybox ./
        $ for prog in $(./busybox --list); do ln -s /bin/busybox $prog; done
    

cd ..
        $ find . | cpio -o -H newc > ~/simple-linux/linux/initrd-busybox-1.35.0.img
    

$ cd ~/simple-linux/linux
        $ qemu-system-x86_64 -kernel vmlinuz-5.15.79 -initrd initrd-busybox-1.35.0.img -nographic -append 'console=ttyS0'
    

▍ Создание загрузочного образа для флеш-накопителя

• что будет инициировать загрузку (BIOS или UEFI),
• какой накопитель вы будете использовать (CDROM, флеш-накопитель, жёсткий диск),
• как вы разметите накопитель (MBR, GPT) и будете ли его размечать,
• какой загрузчик вы будете использовать,
• какая файловая система будет использоваться там, где будут располагаться файлы Linux и загрузчика.

$ dd if=/dev/zero of=boot-disk.img bs=1024K count=50
    

$ echo "type=83,bootable" | sfdisk boot-disk.img
    

$ losetup -D
        $ LOOP_DEVICE=$(losetup -f)
        $ losetup -o $(expr 512 \* 2048) ${LOOP_DEVICE} boot-disk.img
    

$ mkfs.vfat ${LOOP_DEVICE}
    

$ mkdir -p /mnt/os
        $ mount -t auto ${LOOP_DEVICE} /mnt/os
    

$ cp vmlinuz-5.15.79 initrd-busybox-1.35.0.img /mnt/os
    

$ mkdir -p /mnt/os/boot
        $ extlinux --install /mnt/os/boot
    

$ echo "DEFAULT linux" >> /mnt/os/boot/syslinux.cfg
        $ echo "  SAY Booting Simple Linux via SYSLINUX" >> /mnt/os/boot/syslinux.cfg
        $ echo "  LABEL linux"  >> /mnt/os/boot/syslinux.cfg
        $ echo "  KERNEL /vmlinuz-5.15.79" >> /mnt/os/boot/syslinux.cfg
        $ echo "  APPEND initrd=/initrd-busybox-1.35.0.img nomodeset" >> /mnt/os/boot/syslinux.cfg
    

$ umount /mnt/os
        $ losetup -D
    

$ dd if=/usr/lib/syslinux/mbr/mbr.bin of=boot-disk.img bs=440 count=1 conv=notrunc
    

▍ Использование Docker для сборки Linux

1. В файле Dockerfile вы описываете структуру окружения для вашей программы или скрипта.
2. При помощи утилиты docker на основании Dockerfile вы создаёте образ этого окружения в определённом формате.
3. При помощи этой же утилиты вы можете запустить на основе образа экземпляр вашей программы или скрипта, работающий в изолированном окружении и называемый Docker-контейнер в терминологии Docker.
4. Созданные вами образы можно хранить в репозитории и повторно использовать.
   Docker-контейнеры, созданные на основании одного и того же образа, будут идентично выполняться на всех компьютерах, способных его выполнить.
5. Dockerfile удобно читать и изучать, также его удобно распространять.

FROM ubuntu:22.10
        RUN apt update && apt install --yes make build-essential bc bison flex libssl-dev libelf-dev wget
        RUN apt install --yes cpio fdisk extlinux dosfstools qemu-system-x86
        RUN apt install --yes vim
        ARG APP=/app
        ARG LINUX_DIR=$APP/linux
        ARG FILES_DIR=$APP/files
        ARG SCRIPTS_DIR=$APP/scripts
        ENV BUILD_DIR=$APP/build
        ENV LINUX_DIR=$LINUX_DIR
        ENV FILES_DIR=$FILES_DIR
        ENV LINUX_VER=5.15.79
        ENV BUSYBOX_VER=1.35.0
        ENV BASH_ENV="$SCRIPTS_DIR/bash-env/env"
        COPY ./scripts $APP/scripts
        COPY ./files $APP/files
        RUN mkdir -p $LINUX_DIR
        RUN  ln -s $APP/scripts/start-linux.sh /usr/bin/start &&\
        ln -s $APP/scripts/build-linux.sh /usr/bin/build &&\
        ln -s $APP/scripts/build-image.sh /usr/bin/image
        WORKDIR $APP/scripts
        CMD build
    

▍ Запуск и сборка минимальной Linux при помощи Docker

$ git clone https://github.com/artyomsoft/simple-linux.git
        $ cd simple-linux
        $ docker build --build-arg APP -t simple-linux .
    

$ mkdir linux
        $ cd linux
        $ docker run -v ${pwd}:/app/linux --rm -it simple-linux build
    

$ docker run -v ${pwd}:/app/linux –-privileged --rm -it simple-linux image
    

▍ Запись загрузочного образа для флеш-накопителя на носитель

▍ Выводы

docker run -v ${pwd}:/app/linux --rm -it artyomsoft/simple-linux build
            

➕ Linux From Scratch

© 2013-2024 «OIS» aka Coder