基于USB接口的微型桌面Linux系統(tǒng)設(shè)計方案

SquashFS 壓縮系統(tǒng)是只讀的，從而避免了對磁盤不必要的擦寫，但同時也造成了修改數(shù)據(jù)不能保存的問題。

AUFS 的出現(xiàn)正好解決了上述問題，它管理一個基本文件系統(tǒng)(即本文中的系統(tǒng)Squashfs 鏡像，保持原只讀狀態(tài))和一個讀寫存儲文件系統(tǒng)(必須具有讀寫權(quán)限)。通過AUFS,用戶可以虛擬地修改基本文件系統(tǒng)上的文件，但修改后的結(jié)果卻保存在讀寫存儲文件系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的透明修改。

3.5 Initrd 初始化內(nèi)存盤

Initrd(boot loader Initialized RAM Disk 的縮寫)，由boot loader 初始化。本系統(tǒng)使用的boot loader 為GNU GRUB 0.97.如果Grub 已配置Initrd,Linux 內(nèi)核在啟動前，會把存儲設(shè)備中的Initrd 文件加載到內(nèi)存，作為一個臨時根文件系統(tǒng);內(nèi)核啟動時通過先執(zhí)行Initrd 中的init 文件，完成設(shè)備驅(qū)動模塊和squashsf、aufs 文件系統(tǒng)模塊的加載，并完成真正的根文件系統(tǒng)的掛載，然后執(zhí)行系統(tǒng)中的/sbin/init 進程。

與普通IDE、SATA 硬盤相比，USB 接口存儲設(shè)備從驅(qū)動模塊加載到設(shè)備可用，比較慢，需要幾秒鐘。

因此內(nèi)核在掛載USB 存儲設(shè)備時，會出現(xiàn)：USB 設(shè)備沒有初始化完成，真正根文件系統(tǒng)掛載失敗的問題。為了解決此問題，筆者在Initrd 中修改init 可執(zhí)行文件，當(dāng)加載USB 驅(qū)動后，系統(tǒng)將休眠5 秒，讓USB 設(shè)備初始化完成后再掛載USB 存儲設(shè)備中的根文件系統(tǒng)。本系統(tǒng)的init 文件配置如下：

本系統(tǒng)Initrd 中的最小化根文件系統(tǒng)由BusyBox創(chuàng)建，包含bin、dev、etc、lib、mnt、proc、sbin、sys這些必須的目錄和相關(guān)文件。由于BusyBox 生成的modprobe 命令不能正常執(zhí)行，所以需要復(fù)制宿主系統(tǒng)中的modprobe 命令并替換Initrd 中的sbin 目錄中的同名文件，同時通過ldd 查看modprobe 依賴的庫文件，并復(fù)制到Initrd 中的lib 目錄。

最后在宿主機器上通過命令：

find . | cpio –o –H newc | gzip > /boot/initrd.img-2.6.27.27 制作Initrd 鏡像文件。

3.6 Grub 啟動引導(dǎo)器

GNU GRUB (GNU GRand Unified Bootloader 的縮寫)，是GNU 項目中一個多操作系統(tǒng)啟動引導(dǎo)程序，也是Linux 系統(tǒng)中最常用引導(dǎo)工具之一。為了讓系統(tǒng)從USB 設(shè)備啟動，必須將GRUB 程序安裝在USB 存儲設(shè)備的主引導(dǎo)記錄(MBR)中。

以GRUB 0.9X 的安裝步驟如下：

安裝grub 程序在U 盤的/boot/grub 目錄下，確保其目錄存在menu.lst,stage1,stage2 三個文件。

進入grub 命令窗口，運行以下命令安裝到U 盤的MBR:

grub>root(hd1,0) #假定Linux 系統(tǒng)所在盤符為第二塊硬盤的第一個分區(qū)

grub>setup(hd1)

實際操作時根據(jù)硬盤分區(qū)不同作相應(yīng)修改。

修改/boot/grub/menu.lst 文件，本文的menu.lst 如下：

3.7 Xfce 桌面環(huán)境

Xfce 是一款適用于多種*NIX 系統(tǒng)上運行的輕量級桌面環(huán)境，它的設(shè)計目的是在節(jié)省系統(tǒng)資源的情況下能夠快速加載并執(zhí)行應(yīng)用程序。與Gnome 和KDE等比較臃腫的桌面環(huán)境相比，Xfce 占用的系統(tǒng)資源少，同時它擁有很小的依賴性和很好的模塊性。本系統(tǒng)所用的Xfce 4.6.2 主要由實用工具libxfce4util、微件庫libxfcegui4、擴展庫exo、菜單庫libxfce4menu、窗口管理xfwm4、桌面管理xfdesktop、面板xfce4-panel、會話管理xfce4-session、設(shè)置管理xfce4-settings、配置管理xfconf、文件管理thunar、實用程序xfce-utils、應(yīng)用程序查找xfce4-appfinder 等部件構(gòu)成。

4 具體實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)在USB 盤上的實現(xiàn)

在宿主系統(tǒng)上構(gòu)建好整個Linux 桌面系統(tǒng)后，按前所述配置好只讀文件系統(tǒng)鏡像system.squashfs、初始化內(nèi)存盤Initrd、內(nèi)核鏡像vmlinuz、Grub 中的menu.lst 文件、USB 盤標(biāo)志文件LABEL,然后按以下步驟將系統(tǒng)移植進USB 盤。

①準(zhǔn)備一個8G 的USB 盤，分為兩個區(qū)：一個分區(qū)作為系統(tǒng)區(qū)，文件系統(tǒng)為EXT2,并激活為啟動分區(qū)，作為Linux 系統(tǒng)使用;一個分區(qū)為數(shù)據(jù)區(qū)，文件系統(tǒng)為FAT32,平時作為與Windows 系統(tǒng)交互的分區(qū)，保存移動辦公數(shù)據(jù)。

②將system.squashfs、Initrd、vmlinuz、LABEL 和Grub 相關(guān)文件復(fù)制到系統(tǒng)區(qū)，并在系統(tǒng)區(qū)中新建system_ro( 用于掛載squashfs 只讀文件系統(tǒng)) 、system_rw(用于掛載aufs 文件系統(tǒng)時的修改文件存儲目錄)、system(用于最終文件系統(tǒng)的掛載目錄)三個目錄。

③運行g(shù)rub 程序中的root、setup 命令將啟動引導(dǎo)信息寫入USB 盤的系統(tǒng)區(qū)的MBR.

4.2 系統(tǒng)啟動過程

基于USB 接口的微型桌面Linux 系統(tǒng)的啟動過程如圖2 如示。

計算機開機自檢， BIOS 引導(dǎo)到USB 接口的磁盤設(shè)備，通過啟動引導(dǎo)管理器Grub,加載Linux 內(nèi)核文件vmlinuz,內(nèi)核將初始化內(nèi)存盤initrd.img-2.6.27.27加載到內(nèi)存，形成一個臨時根文件系統(tǒng)，通過執(zhí)行Initrd 中的init 可執(zhí)行文件，進行sysfs、proc 文件系統(tǒng)的加載，并對硬件進行初始化，相關(guān)硬件驅(qū)動、squashfs、aufs 模塊的加載后，掛載系統(tǒng)只讀鏡像system.squashfs,并通過聯(lián)合文件系統(tǒng)aufs 使其可寫，然后轉(zhuǎn)到真正的根文件系統(tǒng)執(zhí)行命令/sbin/init,完成微型桌面Linux 系統(tǒng)的啟動。

圖2 系統(tǒng)啟動過程

5 實驗結(jié)果

本文實現(xiàn)了在USB 接口的存儲設(shè)備上構(gòu)建微型桌面Linux 系統(tǒng)，在具有USB 接口啟動功能的各種主流品牌臺式計算機、筆記本和兼容機上都能成功運行，并且在硬件配置比較低的老式486、586 等機器也能流暢地運行，根據(jù)機器硬件配置的不同，一般啟動時間為20 秒至50 秒，具有很好的實用價值，真正實現(xiàn)了便捷、高效的移動辦公需要。本系統(tǒng)成功啟動圖形桌面系統(tǒng)后的效果如圖3 所示。