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在嵌入式系统中，根文件系统是系统启动后的基础环境，它包含了系统启动所需的所有文件和库。它不仅为用户提供操作系统环境，还承担着系统资源的管理任务。在嵌入式开发中，根文件系统的设计和构建至关重要，直接影响系统的启动速度、功能性和效率。
有原厂直接提供的支持，通常会采用原厂 SDK 中的工具或文件来制作根文件系统。本章节就简单总结看看根文件系统相关的知识。
1. 根文件系统的概念
根文件系统（Root File System，简称 RFS）是操作系统的核心文件系统。它通常挂载在启动过程中由内核加载，并包含所有必要的工具和库来启动和运行操作系统。
基本目录结构：
• /bin：包含基本的系统命令，如ls、cp、cat等。• /etc：系统配置文件，如/etc/fstab、/etc/network/interfaces等。• /lib：包含共享库和内核模块。• /usr：包含应用程序和文件，是扩展的文件系统，通常包括安装的程序和库。• /var：存储动态数据，如日志文件、邮件等。• /dev： 外部设备。
2. 根文件系统构建方式
构建一个根文件系统的方式有很多种，这里就主要说说 BusyBox、Buildroot 和 Yocto，这 是最常用的三大工具，它们各自具有不同的优势和适用场景。
2.1 BusyBox 构建根文件系统
BusyBox 是一个轻量级的 Unix 工具集，它将常用的命令行工具（如 ls、cat、cp 等）打包成一个单一的二进制文件，极大地减少了根文件系统的体积。对于嵌入式系统，尤其是资源受限的设备，BusyBox 是一个非常受欢迎的选择。
https://www.busybox.net/about.html
优点：
• 小巧紧凑：将多个常见工具合并为一个二进制文件，大大节省了存储空间。 • 高度可定制：用户可以根据项目需求选择需要的工具，去掉不必要的部分，进一步优化体积。 • 启动快速：因文件体积小，加载和启动速度快，适合嵌入式系统。
适合这种资源受限，构建一个极简的根文件系统，快速启动并运行基本的系统命令。
2.2 Buildroot 构建根文件系统
Buildroot 是一个自动化工具，旨在简化嵌入式 Linux 系统的构建过程。它提供了一个快速的方式来构建交叉编译工具链、内核镜像、根文件系统和用户空间应用。Buildroot 提供了广泛的预配置选项，能够帮助开发者根据目标平台快速构建系统。
https://buildroot.org/
优点：
• 自动化构建：只需要配置一个 .config文件，Buildroot 会自动化处理所有的构建任务。• 多平台支持：支持 ARM、MIPS、x86 等多种硬件架构，适合不同的嵌入式设备。 • 丰富的软件包支持：提供了大量预配置的软件包（如 busybox、openssh、python等），可以根据需要选择并集成。
适用于这种需要定制化，通过自动化构建的开发者，很适合在不同硬件平台下生成不一样的镜像。
2.3 Yocto 构建根文件系统
Yocto 是一个功能强大的构建框架，旨在为嵌入式 Linux 提供一个灵活的、可定制的开发环境。它使用 BitBake 构建工具，能够管理复杂的依赖关系并为不同平台构建完整的系统。Yocto 项目不仅支持根文件系统的构建，还能生成交叉编译工具链、内核镜像、用户空间应用等。
https://www.yoctoproject.org/
优点：
• 高度可定制：Yocto 提供了完整的构建工具链，能够定制内核、库、驱动、应用等，非常适合复杂和大规模的嵌入式系统。 • 支持多种硬件平台：Yocto 提供了丰富的硬件平台支持包（BSP），能方便地为不同架构的设备构建系统。 • 强大的软件包管理：通过 Yocto 的层机制，可以轻松扩展和定制软件包，支持大规模应用和复杂的依赖管理。
适用于较为复杂的定制系统，对软件依赖，内核配置，硬件支持要求较高的系统，可以用于各种平台。目前 Yocto 已被广泛应用于复杂嵌入式系统的开发。
3. 根文件系统的挂载
在内核启动时，通过命令行参数（如 root=/dev/mmcblk0p1）指定根文件系统的位置。内核加载相应的设备驱动（如 SD 卡驱动和文件系统驱动），并尝试将根文件系统挂载到 / 目录。如果根文件系统已加密，则启动时 initramfs 需要完成解密后挂载根文件系统。挂载成功后，系统会根据 /etc/fstab 挂载其他文件系统，最终启动 init 进程进入用户空间。
4. 工作中根文件系统开发与调试
在工作中对于文件系统会遇到什么问题，需要考虑哪些？依据笔者来看，可能有以下可能出现：
1.系统启动失败制作后的文件系统打包到系统镜像后，出现无法启动或出现panic。对于这种原因可以考虑内核配置与文件系统是否匹配，启动脚本或者库文件缺失，还有可能文件系统镜像损坏或不完整。
2.文件或者库缺失出现这种情况，一般在应用程序中出现报错，找不到文件或者库缺失，很可能在构建系统中遗漏一些依赖文件或者工具。可以使用 ldd检查动态库的依赖关系，并在打包过程中尽量通过脚本自动化处理。
3.文件系统损坏设备运行一段时间发现数据丢失或者无法挂载，可能存在存储介质质量问题，选择不正确文件系统类型原因。
4.权限问题对于权限问题，可以影响到服务启动失败，只需要将对应文件进行修改权限即可。
对于开发调试，根文件系统制作完毕后，为了避免烧写麻烦，可以选择网络文件系统进行先验证，后续采用烧录方式节约时间加快开发进度。对于定制化系统尽量简单，减小系统镜像，这对于系统的性能都有一定的提升。
5. 总结
本章节主要简单对根文件系统制作的工具简单介绍，开发过程可能遇到的问题解读，但更多的是在实际开发过程中去接触，随着更加完善，buildroot , yocto 作为主流，busybox 更多是一些基础工具，都是需要开发者进行去了解。
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