Linux 核心來了

1991 年，linus torvalds 同學入手了一台個人計算機（pc）。

當時可用的作業系統有商用 unix 和 pc windows，兩者都**不菲，於是 linus 決定寫乙個作業系統（核心）來驅動自己的計算機（？）。

其參考 unix 實現並用自己的名字與 unix 合併來命名，即 linux。

sudo apt-get update
sudo apt-get install qemu-kvm busybox-static -y

$ ll /vmlinuz lrwxrwxrwx 1 root root 30 2月 24 21:45 /vmlinuz -> boot/vmlinuz-4.4.0-116-generic $ ll -h /boot/vmlinuz-4.4.0-116-generic -rw------- 1 root root 6.9m 2月 13 08:57 /boot/vmlinuz-4.4.0-116-generic $ sudo file /boot/vmlinuz-4.4.0-116-generic /boot/vmlinuz-4.4.0-116-generic: linux kernel x86 boot executable bzimage, version 4.4.0-116-generic (buildd@lgw01-amd64-021) #140-ubuntu smp mon , ro-rootfs, swap_dev 0x6, normal vga

沒有錯，這是乙個只有6.9m的單檔案二進位制檔案，

就是這個只有幾 m 的單檔案負責啟動計算機，管理硬體資源，提供程式執行環境（詳情參考作業系統課程）。

從前使用古董 bios 主機板和古董核心時，把核心二進位制檔案刻在磁碟起始處（硬編碼核心啟動引數），

bios 主機板通電自檢後嘗試載入磁碟第乙個扇區的**，即核心引導**，隨後核心完成自載入。

現代計算機軟硬體發展成熟，通常使用引導器（grub）載入核心。

測試核心啟動最簡便的方式就是使用 qemu 虛擬機器。kvm/qemu 廣泛應用於 openstack 等雲計算環境和我的個人電腦。

建立並啟動一台虛擬機器：

qemu-system-x86_64 -enable-kvm -cpu host -smp 1 -m 1g

執行後可看到虛擬機器啟動失敗。當然會失敗，因為這是臺裸機。

qemu 虛擬機器還支援直接載入核心檔案（類似引導器），簡直不要太方便。

sudo cp -l /vmlinuz ./ sudo chown $user: ./vmlinuz qemu-system-x86_64 -enable-kvm -cpu host -smp 1 -m 1g -kernel ./vmlinuz

果然，核心愉快的載入起來了，同時愉快的報錯："unable to mount root fs"。

虛擬機器沒有磁碟，找不到根檔案系統，意料之中。

沒有根檔案系統？不存在的。新建乙個檔案做硬碟，建立檔案系統：

truncate -s 1g sda.raw mkfs.ext4 sda.raw -f

啟動虛擬機器：

執行結果：

核心只負責準備好執行環境，系統服務管理、使用者互動等是 init 和 shell 的事。所以核心叫核心，shell 叫外殼嘛。

核心啟動完成後嘗試執行 init，預設路徑/sbin/init，很遺憾這個檔案不存在。

核心引數init=可自定義 init 檔案路徑。

init 怎麼配置，要裝一套系統嗎，好怕怕。沒關係，祭出上古神器 busybox（盒子很忙）。

busybox 可提供基本 shell 環境，其只有乙個單檔案可執行檔案。將其拷貝到虛擬機器硬碟，建立/bin/sh軟鏈結。

sudo mount -o loop sda.raw /mnt/ sudo rsync -rtploi /bin/busybox -r /mnt/ sudo ln -s /bin/busybox /mnt/bin/sh sudo umount /mnt

再次啟動虛擬機器：

執行結果：

嘗試配置更完整的系統環境。

busybox 包含基本的 init 能力，類似 sysv-init，支援使用/etc/inittab配置檔案。

經測試無/etc/inittab檔案時其嘗試執行/etc/init.d/rcs初始化。

sudo chroot /mnt/ /bin/busybox --install -s /bin/ ( cd /mnt/ && sudo mkdir dev/ proc/ sys/ etc/ tmp/ var/ run/ -p )

#!/bin/sh
set -e
if test -z "$(ls dev/)" ; then
mount -t devtmpfs devtmpfs dev/
fimkdir -p dev/pts
for e in "proc proc proc/" "sysfs sysfs sys/" "devpts devpts dev/pts/" ; do mount -t $ ; done
# todo fix root fs readonly, make it writable
mount -o remount,rw /
if ! ( test -d var/run || ( test -l var/run && test "$(readlink var/run)" = /run ) ) ; then
ln -sf /run var/
fimount -t tmpfs -o nosuid,noexec,size=100m,mode=755 tmpfs run/
mkdir run/lock

結果如下：

有同學會問，是不是只要在 rcs 裡增加應用啟動指令碼（或者配置 inittab），就可以做乙個「應用容器」了呢？是的。

核心必須保持小而精。

如今 linux 社群發展成熟而龐大，包含豐富的硬體驅動和核心模組等。

linux 支援兩階段啟動，啟動時需要的驅動、模組和指令碼等，被放在乙個叫 initrd 的地方，以保持核心小而精。

比如 linux 網路啟動（本地無盤），網絡卡驅動、配置指令碼、nfs 客戶端等都放在 initrd 中。

第一階段基礎核心啟動，第二階段再執行 initrd 。

系統上看，每個核心檔案對應乙個 initrd 檔案：

$ ll -h /boot/vmlinuz-4.4.0-116-generic /boot/initrd.img-4.4.0-116-generic --sort=none -rw------- 1 root root 6.9m 2月 13 08:57 /boot/vmlinuz-4.4.0-116-generic -rw-r--r-- 1 root root 38m 2月 24 21:46 /boot/initrd.img-4.4.0-116-generic

initrd 定製相對自由，可以包含很多東西（通常還附送 busybox）。

通常使用通用型核心和 initrd，以相容各種硬體和環境。

如果針對特定硬體和環境定製，那麼核心和 initrd 可以做的很小，即嵌入式場景，現在也叫 iot 。

兩階段啟動怎麼玩？且聽下回分解。

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