Как создать свою оболочку линукс

Создание операционной системы на базе ядра linux. С нуля

Рано или поздно каждый пользователь Линукса задумывается над созданием собственного дистрибутива. Некоторые аргументируют это тем, что можно «все настроить под себя». Другие сетуют на то, что среди уже представленных дистрибутивов в Ветке нет идеального. А у них, якобы, есть суперконцептуальные идеи для собственной системы. Зачем я всю эту психологию затеял? Для того, чтобы сразу перекрыть кислород играющимся с Линуксом новичкам, которым делать нечего. Если уж задумались над созданием ОС, думайте до конца. Итак,

Я хочу создать ОС на базе Linux.
Сразу предупреждаю: был бы XVIII век, всех тех, кто для основы своей будущей системы выбирает другой развитый дистрибутив (и, не дай Бог, популярный. ) ждала бы виселица. Пост именно про создание системы с нуля, а значит, всякие Slax и Linux Mint мы трогать не будем.

Шаг 1. Выбор носителя
Вариантов немного: либо ваша ОС запускается с LiveCD, либо с жесткого диска, либо с флеш-устройства. Сразу оговорюсь: не скажу в посте ни слова про жесткий диск, потому что гораздо удобнее создавать гибкий дистрибутив из серии «все свое ношу с собой», либо залоченный дистрибутив на оптическом диске. Если вы научитесь создавать LiveCD или LiveUSB систему, с установкой на жесткий диск проблем не будет.

На всякий случай, приготовьте чистую флешку, CD-диск, и установите, наконец, Virtualbox.

Шаг 2. Компиляция ядра
По поводу выхода третьего ядра Linux, этот шаг воодушевляет на дальнейшие разработки… Итак, нам нужны исходники ядра. Каждый пользователь знает, что их можно достать на сайте kernel.org. Ни в коем случае, слышите?, никогда не прикручивайте к своей системе постороннее ядро, скомпилированное не вами!

Поскольку лень моя зашкаливала, я создал папку /linuxkernel и распаковал туда архив с исходниками. Залогинившись под рутом, я сделал следующее:

cd /linuxkernel
make menuconfig

В принципе, ядро можно конфигурировать тремя способами: make config (диалоговая конфигурация), make menuconfig (псевдографическая конфигурация через ncurses), а также make xconfig (графическая конфигурация). Суть в том, что make config испортит вам настроение надолго, т.к. он задаст все возможные вопросы по всем аспектам всех тем. Проблема с make xconfig встречается не у всех, но вот у меня встречалась и встречается. Если приспичило сделать через X, разбирайтесь сами. Оптимальный вариант — make menuconfig. Эта штука откроет вам псевдографический интерфейс, через который вы сможете настроить ядро на свой лад. Штука требует библиотеки ncurses, которая легко устанавливается.

В принципе, если ваш мозг хоть сколько понимает Линукс, вы разберетесь с конфигурированием. Процесс это интересный, вариантов действительно много, а справка, хоть и на английском языке, но все же радует своей доступностью и простотой.

Однако, направить вас все же придется. Перейдите по адресу File Systems —> и поставьте необходимые звездочки. Буква M означает, что поддержка того или иного драйвера осуществляется с помощью подключения к ядру внешнего модуля (ненавижу их!). Нам понадобится также поддержка isofs, для чтения дисков. File Systems —> CD-ROM/DVD Filesystems —> ISO 9660 CDROM file system support. Можно еще поддержать древнедосовские системы.

Чмошные разработчики Mandriva забыли разрешить File systems —> DOS/FAT/NT Filesystems —> NTFS write support, и на одном из их дистрибутивов я мучился с доступом к древневиндовскому разделу.

Посмотрите Processor type and features —> Processor family, мне порекомендовали выбрать Pentium-MMX.

Еще поройтесь в Device Drivers, полезно. Можете шутки ради понавыбирать там все и скомпилировать ядро весом > 50 Мб.

Далее. Ядро после загрузки себя должно загружать, собственно, систему. Либо из скомпилированных в себе файлов (используются во встраиваемых системах), либо из CPIO архива, сжатого чем-нибудь, либо из Initrd. Здесь вам не DOS, здесь не получится сразу сослаться на какой-нибудь init’овый файл в корневом каталоге диска или флешки. На самом деле получится, не слушайте дядю Анникса! Неправильно это, хоть в Интернете по этому поводу уже нехилая полемика ведется. В своей системе мы будем использовать initrd, т.к. это удобно, и не вызовет нецензурных выражений от сторонних разработчиков, в отличие от CPIO архива.

Ах, да, скомпилируйте ядро командой

Если у вас x86, найдете его по адресу /linuxkernel/arch/x86/boot/bzImage.

Для суровых челябинских программистов можно использовать Кросс-компайлинг…

Теперь нам нужен initrd с установленной там простейшей оболочкой. Мы будем использовать busybox, потому что эта няша может все. Способ мы украдем у Роберто де Лео, создателя Movix (я бы даже уважать его начал, если бы не запредельная любовь к Perl):

dd if=/dev/zero of=/dev/ram0 bs=1k count=5000 — Создаем Ramdisk в оперативной памяти нашего компьютера.
mke2fs -m0 /dev/ram0 5000 — Форматируем Ramdisk в системе Ext2
mkdir /distro — Создаем папку
mount /dev/ram0 /distro — Монтируем в папку /distro

Все, теперь у нас есть Ramdisk, емкостью в 5 Мб. Можно и больше, только не нужно. В отличие от Томаса Матеджисека, я не собираюсь пичкать initrd модулями в Squashfs, сжатыми LZMA. Все, что необходимо, будет скомпилировано вместе с ядром. Да, это не очень логично и правильно, но мороки в сто раз меньше. А специально для тех, кто осуждает такой подход, можно разрешить опцию модульности в ядре: Enable loadable module support.

В нашем Ramdisk’е, смонтированном в /distro, есть такая папка, lost+found. Это потому, что мы отформатировали его в ext2. Ни в коем случае нельзя ее удалять, хоть она здесь вряд ли поможет, образ-то фиксированный. Нам бы busybox сначала поставить…

Установка Busybox
Вот почему у таких классных проектов такие отстойные сайты? Хотя… это уже не суть важно, если исходники скачаны и успешно распакованы в папку /busybox.

Сконфигурировать busybox можно так же:

cd /busybox
make menuconfig

Если вы еще не поняли, что это, объясню. Busybox заменяет тонны UNIX приложений, хранящихся в папках /bin, /sbin, /usr/bin, /usr/sbin. Вместо этого, создается только одно приложение: /bin/busybox, а на него создается куча ссылок в указанных выше папках. Установим busybox следующей командой:

make CONFIG_PREFIX=/distro install

Еще Busybox создаст файлы /sbin/init и зачем-то /linuxrc, чтобы ваша система корректно запустилась. Но не все необходимые папки были созданы. Так что завершаем все руками и создаем:

/distro/etc
/distro/lib
/distro/dev
/distro/mnt
distro/proc
/distro/root
/distro/tmp
/distro/root

Если что забыл — вспомните, т.к. директории эти забыть сложно.

Все бы хорошо, вот только busybox для работы требует библиотеки, которые нужно скопировать в наш дистрибутив. Очень легко узнать, какие:

Программа покажет нам библиотеки, требуемые для нашей оболочки. Сразу говорю: linux gate создается ядром и скопирован быть не может.

При копировании библиотек можно отсекать отладочную информацию (так Роберто советует):

objcopy —strip-debug откуда куда

Делаем из Линукса Линукс

Надо создать несколько системных текстовых файлов:

Нам нужен /etc/inittab. Удивлю вас: в начале жизни система даже не знает, что такое Root. У нас даже пользователь безымянный, но вот файл общесистемных низкоуровневых фич (ОНФ) должен присутствовать. Пилотное содержание файла следующее:

# Запустить оболочку в консоли.
::respawn:-/bin/sh

# Перезагрузка по нажатии на Ctrl+Alt+Del.
::ctrlaltdel:/sbin/reboot

# Команды, выполняемые перед выключением и перезагрузкой.
::shutdown:/sbin/swapoff -a >/dev/null 2>&1
::shutdown:/bin/umount -a -r >/dev/null 2>&1

Следующий файл — /etc/fstab. Это таблица, в которой описано, что и куда монтировать при загрузке. Вещь бесполезная! Нам нужно обязательно смонтировать proc, иначе вообще ничего работать не будет, так что в файле пишем:

none /proc proc defaults 0 0

Для mount нужен также файл /etc/mtab. Создайте его и оставьте пустым.

Но mount сделает все необходимое только тогда, когда мы явно его об этом попросим. А просить мы будем в том самом первозагрузочном файле /etc/rc.d/rc.S (rc.d — папка). Вежливо попросим:

/bin/mount -av -t nonfs

Еще нам необходим файл профиля (b)(a)sh, тут вообще раздолье для фантазии. Создаем файл /etc/profile и заполняем следующим:

PATH=»$PATH:/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin:»
LESS=-MM
TERM=linux
HOME=/root
PS1=’> ‘
PS2=’> ‘
ignoreeof=10
export PATH DISPLAY LESS TERM PS1 PS2 HOME ignoreeof

Понадобится также файл /etc/shell, в котором указано, что есть оболочка:

Вот собственно и все. Можно записывать наш Ramdisk в файл.

mkdir /os — папка для «готового».
umount /dev/ram0 — размонтируем кусочек оперативной памяти.
dd if=/dev/ram0 of=/os/initrd bs=1k count=5000 — создаем файл.
gzip /os/initrd — сжимаем файл initrd

Создание загрузочной флешки

«Финишная прямая» нашей маленькой разработки. Берем флешку, вставляем, форматируем в vfat (можно и в ext, но не забывайте, что еще не все пользователи Windows застрелились).

На флешке создаем папку boot, в ней папки initrd и kernel.

Из папки /os копируем сжатый Ramdisk в папку boot/initrd на флешке, называем «main.gz». Из папки с исходниками ядра копируем bzImage в папку boot/kernel на флешке, называем «main.lk». Достаем файлы загрузчика Syslinux (в Интернете, либо из другого дистрибутива: тут не принципиально), а именно syslinux.bin, syslinux.boot, syslinux.cfg. Копируем их в корневой каталог нашей флешки. В файле syslinux.cfg пишем что-то подобное:

default mm
prompt 1
timeout 100
label mm
kernel /boot/kernel/main.lk
append initrd=/boot/initrd/main.gz load_ramdisk=1 ramdisk_size=5000 rw root=/dev/ram0
label mc
kernel /boot/kernel/main.lk
append initrd=/boot/initrd/custom.gz load_ramdisk=1 ramdisk_size=5000 rw root=/dev/ram0
label cm
kernel /boot/kernel/custom.lk
append initrd=/boot/initrd/main.gz load_ramdisk=1 ramdisk_size=5000 rw root=/dev/ram0
label cc
kernel /boot/kernel/custom.lk
append initrd=/boot/initrd/custom.gz load_ramdisk=1 ramdisk_size=5000 rw root=/dev/ram0
label hd
localboot 0x80

Тем самым мы поддержали кастомные initrd и ядро, которые, эксперимента ради, можно подключить к нашему дистрибутиву.

Узнаем, каким девайсом в системе является наша флешка (можно запустить mount без параметров и посмотреть). Это либо /dev/sdb1, либо /dev/sdc1, либо /dev/sdd1. Стоит отмонтировать флешку перед началом установки.

Устанавливаем syslinux (если пакета в системе нет, apt-get install syslinux):

syslinux -d путь_к_устройству

В корневом каталоге флешки должен появиться файл ldlinux.sys. Если он есть, значит syslinux.bin, syslinux.boot больше не нужны.

Как настроить BIOS на загрузку из флешки, я вам рассказывать не буду — это легко. Скажу только, что очень удобно создать папку /boot/initrd/init, в которую можно будет смонтировать /boot/initrd/main, для последующей работы с ним. Только не забудьте разжимать и сжимать его gzip’ом.

Как-бы я только что рассказал вам, как создать с нуля систему на Linux. Легко, не правда ли? Далее вы можете редактировать скрипт /sbin/init, ведь у вас еще много работы! Вы должны будете написать скрипт для монтирования флешки, который делает chroot в корневой каталог. В противном случае, вы вынуждены будете работать с ReadOnly разделом, величиной в 5 Мб. Но это уже совсем другая история.

Томас Матеджисек — создатель Slax и Linux Live Scripts.
Роберто де Лео — создатель Movix.

Источник

Давайте напишем командную оболочку Linux

Приветствие

Всем привет! Хочу поделиться своим опытом написания собственной командной оболочки Linux используя Posix API, усаживайтесь поудобнее.

Итоговый результат

Что должна уметь наша командная оболочка

Запуск процессов в foreground и background режиме

Завершение background процессов

Поддержка перемещения по директориям

Как устроена работа командной оболочки

Считывание строки из стандартного потока ввода

Разбиение строки на токены

Создание дочернего процесса с помощью системного вызова fork

Замена дочернего процесса на необходимый с помощью системного вызова exec

Ожидание завершения дочернего процесса (в случае foreground процесса)

Немного про системный вызов fork()

Простыми словами системный вызов fork создает полный клон текущего процесса, отличаются они лишь своим идентификатором, т. е. pid .

Что выведет данная программа:

I’m parent process!
I’m child process!

Что же произошло? Системный вызов fork создал клон процесса, т. е. теперь мы имеем родительский и дочерний процесс.

Чтобы отличить дочерний процесс от родительского в коде достаточно сделать проверку. Если результат функции fork равен 0 — мы имеем дело с дочерним процессом, если нет — с родительским. Это не означает, что в операционной системе id дочернего процесса равен 0 .

Причем, порядок выполнения дочернего и родительского процесса ничем не задекларирован. Все будет зависеть от планировщика операционной системы. Поэтому в конце блока родительского процесса добавлена строчка wait(NULL) , которая дожидается окончания дочернего процесса.

Подробнее про exec()

В документации есть различные вариации системного вызова exec , но они отличаются только способом передачи токенов в параметры функции, смысл от этого не изменяется.

Системный вызов exec заменяет текущий процесс сторонним. Естественно, сторонний процесс задается через параметры функции.

Что выведет данная программа

total 16
-rwxr-xr-x 1 runner runner 8456 Jan 13 07:33 main
-rw-r—r— 1 runner runner 267 Jan 13 07:33 main.c

Родительский процесс как обычно ожидает завершения дочернего процесса. В это время после системного вызова exec происходит замена дочернего процесса на консольную утилиту ls , она была взята для примера.

Можно сказать мы реализовали простую командную оболочку, вся логика заключается именно в этом.

Перейдем к полноценной реализации

Часть 1. Чтение строки с консоли

Изначально нам надо уметь считывать строку из командной строки. Думаю, с этим не возникнет сложностей.

В данной функции происходит чтение строки с применением функции getline . После чего, если в конце строки имеется символ переноса строки, удаляем его.

Обратите внимание, что при чтении могут возникнуть ошибки, одна из них — нажатие сочетания клавиш ctrl-D . Однако это штатный случай завершения работы командной оболочки, следовательно в данном случае не должна выводиться ошибка.

Часть 2. Разбиение строки на токены

В данной части будет представлена реализация разбиения строки на массив токенов.

Определения начальной длины массива и разделителей строки.

Код выглядит довольно громоздким, однако в нем нет ничего сложного.

Очередной токен получается с использованием функции strtok . После чего данный токен копируется в массив токенов. Если в массиве токенов не достаточно места, массив увеличивается в 2 раза.

Завершается всё добавлением завершающего токена равного NULL , т. к. функция exec() ожидает наличие данного завершающего токена.

Часть 3. Выполнение процессов

Структура хранения списка запущенных процессов

Напишем определения структур для foreground и background процессов, fg_task и bg_task . А также определение структуры для хранения всех процессов tasks .

Создадим в коде глобальную переменную типа tasks , которая и будет хранить все наши запущенные процессы.

Вспомогательные функции добавления процессов

Установка foreground процесса выглядит банально и не нуждается в комментировании.

Добавление background процесса выглядит посложнее.

На деле же все проще. Смотрим есть ли место в массиве для хранения информации о процессе. Если его недостаточно — увеличиваем длину массива в 2 раза. После чего происходит добавление структуры bg_task в массив и последующее заполнение полей структуры информацией о процессе.

Данная функция возвращает -1 в случае неудачи.

Вспомогательные функции для завершения процессов

Добавим функцию экстренного завершения foreground процесса. Данная функция с помощью системного вызова kill с параметром SIGTERM завершает процесс по id процесса.

Также добавим функцию для завершения background процесса.

Данная функция принимает в себя массив токенов вида <"term", " ", NULL>. После чего преобразует токен индекса background задачи в число. Убивает background задачу посредством системного вызова kill .

Непосредственно запуск процессов

Для удобства введем функцию is_background , определяющую является ли задача фоновым процессом. Данная функция просто проверяет наличие & в конце.

Введем функцию launch которая будет запускать background процесс если в конце присутствует токен & , иначе будет запускаться foreground процесс.

То, что происходит в этой функции уже должно быть все понятно.

Создается дубликат процесса с помощью системного вызова fork

Заменяем дочерний процесс на требуемый с помощью системного вызова exec

Определяем является ли процесс фоновым

Если процесс фоновый — просто добавляем его в список bacground задач

Если процесс не фоновый — дожидаемся окончания выполнения процесса

В функции присутствует неизвестная функция quit . Ее мы разберем в следующем блоке.

Вспомогательные функции для командной оболочки.

Введем функцию execute , которая в зависимости от первого токена выбирает нужное действие.

Данная функция пропускает действие, если первый токен NULL . Смена директории, если первый токен cd . Вывод справки об использовании, если первый токен help . Завершение работы командной оболочки, если первый токен quit . Вывод списка background задач, если первый токен bg . Завершение процесса по индексу, если первый токен term .

Во всех других случаях запускается процесс.

Реализация вспомогательных функций

Значение CONTINUE означает дальнейшее исполнение главного цикла командной оболочки. Значение EXIT прерывает выполнение главного цикла программы.

Функция quit отключает все callback функции по событию SIGCHLD — т. е. функции, выполняющиеся когда дочерний элемент был завершен. После этого завершает все активные процессы.

Основные цвета командной оболочки.

Часть 4. Главный цикл командной оболочки

Здесь и происходит вся магия. Взгляните на следующие строки. С помощью функции signal задаются callback функции на заданные события.

Событие SIGINT — срабатывает при нажатии комбинации ctrl-C , которое в дефолтном поведении завершает работу программы. В нашем же случае мы переназначаем его на завершение foreground процесса.

Событие SIGCHLD — срабатывает при завершении дочернего процесса созданyого с помощью системного вызова fork . В нашем случае мы переопределяем его на пометку фоновой задачи как выполненной с помощью функции mark_ended_task .

Все что описано в главном цикле командной оболочки можно описать словами:

Вывод информации о пользователе и текущей директории с помощью функции display

Чтение строки из стандартного потока ввода

Разбиение строки на токены

Выполнение ранее описанной функции execute , которая в зависимости от массива токенов выполняет нужное нам действие.

Нам осталось реализовать одну оставшуюся функцию display . Которая получает информацию о текущей директории с помощью функции getcwd и имя пользователя с помощью функции getpwuid .

Часть 5. Итоговый результат

Надеюсь, данный материал полезен. Если вам есть чем дополнить данный материал, буду рад услышать ваши мысли в комментариях.

С исходным кодом проекта вы можете ознакомиться по данной ссылке.

Источник

Mac OS X Hints
Adblock
detector