3、Rootfs制作基础：Busybox编译与安装、构建最小根文件系统、init进程与inittab配置、系统启动流程

好，咱们今天聊聊Rootfs制作。说实话，很多做驱动的朋友，一提到根文件系统就头疼。我刚开始带项目那会儿，也踩过不少坑。其实说白了，Rootfs就是Linux系统启动后，内核挂载的第一个文件系统。它里面装着init进程、各种库、配置文件，还有你那些应用程序。

没有Rootfs，内核启动到一半就卡住了——它会直接panic，告诉你“VFS: Unable to mount root fs”。嗯，这个错误我见过太多次了。

构建最小根文件系统，首选工具就是Busybox。它把几百个常用的Linux命令打包成一个可执行文件，通过符号链接来区分不同的命令。你想想看，一个完整的ls、cp、mv、cat，在Busybox里可能只占几百KB。

我个人习惯用Busybox做嵌入式系统的Rootfs，原因很简单：省空间、易维护、社区活跃。

先下载源码：

wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.36.1.tar.bz2
tar -xjf busybox-1.36.1.tar.bz2
cd busybox-1.36.1

配置的时候，我建议用默认配置再微调：

make defconfig
make menuconfig

在menuconfig里，有几个关键选项要注意：

配置项	推荐值	说明
Build static binary (no shared libs)	选中	静态编译，避免动态库依赖问题
Cross Compiler prefix	arm-linux-gnueabihf-	根据你的目标架构设置
Installation prefix	./_install	安装路径，后面会用到

注意： 如果你用的是动态编译，一定要把对应的动态库（比如libc.so、ld-linux.so）拷贝到Rootfs里。我曾经在项目里忘了拷libc.so，结果所有命令都报“file not found”，排查了半天才发现是库的问题。

配置好之后，直接编译：

make -j$(nproc)
make install

编译完成后，_install目录下就会出现bin、sbin、usr等子目录，以及一个linuxrc文件。这个linuxrc其实就是Busybox的init程序，后面我们会用到它。

有了Busybox的安装目录，我们就可以开始组装Rootfs了。我一般会手动创建几个必要的目录：

mkdir -p rootfs/{bin,sbin,etc,dev,proc,sys,usr/{bin,sbin},lib,root,tmp,var/{log,run}}

然后把Busybox的_install内容拷贝进去：

cp -a busybox-1.36.1/_install/* rootfs/

接下来，创建设备节点。这是新手最容易忽略的地方。没有/dev/null、/dev/console这些设备节点，系统启动时会报错。

sudo mknod rootfs/dev/null c 1 3
sudo mknod rootfs/dev/console c 5 1
sudo mknod rootfs/dev/ttyS0 c 4 64  # 串口设备，看你的硬件

小技巧： 如果你用的是udev或mdev，可以在启动时动态创建设备节点。但最小系统里，我建议先手动创建几个关键节点，保证系统能跑起来再说。

内核启动完成后，会尝试执行第一个用户空间程序——init。在Busybox里，这个init就是/bin/init（或者linuxrc）。init进程会读取/etc/inittab文件，根据里面的配置来启动各种服务。

一个典型的inittab文件长这样：

::sysinit:/etc/init.d/rcS
::askfirst:-/bin/sh
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/sbin/swapoff -a
::restart:/sbin/init

每一行的格式是：id:runlevels:action:process。对于Busybox来说，id和runlevels通常可以留空。action字段是关键，它决定了进程在什么情况下启动。

action	含义
sysinit	系统初始化时执行，只执行一次
askfirst	在终端上显示“Please press Enter to activate this console”，等待用户按回车后才启动shell
respawn	进程终止后自动重启
once	只启动一次，不重启
ctrlaltdel	按下Ctrl+Alt+Del时执行
shutdown	系统关机时执行

我一般会在/etc/init.d/rcS里写系统初始化脚本，比如挂载文件系统、配置网络、启动服务等：

#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
mount -t tmpfs none /tmp
mdev -s  # 动态创建设备节点
echo "System initialized"

  重点： rcS脚本必须有可执行权限（chmod +x），否则init进程无法执行它。我见过有人把rcS写成普通文本文件，结果系统启动后啥反应都没有。

理解了上面的内容，我们来看看整个启动流程。我画了一张图，帮你理清思路：

整个流程其实就五步：

Bootloader：U-Boot加载内核，设置bootargs（比如root=/dev/mmcblk0p2 console=ttyS0,115200）
内核启动：内核解压、初始化各子系统、挂载根文件系统
init进程：内核执行第一个用户程序，通常是/sbin/init
系统初始化：init读取inittab，执行rcS脚本，挂载虚拟文件系统
用户空间：启动shell，系统就绪

个人经验： 调试启动问题时，我一般会在内核启动参数里加上initcall_debug和loglevel=8，这样能看到内核初始化每个驱动的详细信息。如果卡在某个地方，基本就是那个驱动或者硬件有问题。

嗯，到这里，Rootfs制作的基础知识就讲完了。你可能会问：为什么我的系统启动后没有shell？为什么挂载根文件系统失败？别急，后面我们会专门讲这些问题的排查方法。先把今天的内容消化掉，动手做一遍，比看十遍都管用。

避坑指南： 我曾经在项目里犯过一个低级错误——把inittab文件格式写错了，少了一个冒号。结果init进程直接忽略了这个文件，系统启动后没有任何反应。排查了半天，最后用串口打印才发现是inittab解析失败。所以，写inittab的时候一定要仔细检查格式，每个字段都不能少。

记住一句话：最小Rootfs的核心就是Busybox + inittab + rcS。把这三样搞明白，剩下的就是往里面加东西了。