如何制作一个可以用Bochs调试的最新内核系统盘

参考：http://blog.chinaunix.net/uid-26207112-id-3332621.html

1. 正确地创建一个包含启动分区的磁盘映像

1.1 创建磁盘映像文件

首先需要对磁盘的结构有一个直观的了解，参考：http://en.wikipedia.org/wiki/Cylinder-head-sector

(Head, Cylinder, Sector)这个三元组用于在磁盘上快速地定位一个扇区(Sector)。

而且一个磁盘的容量也可以根据这三个参数的范围计算出来。

在这里，我们设置heads=16, sector=63, cylinder=100，那么这块磁盘的容量为

daniel@ubuntu:~$ echo $((16*63*100*512)) bytes
51609600 bytes

大约49MB。

daniel@ubuntu:~$ dd if=/dev/zero of=linux.img count=$((16*63*100))
100800+0 records in
100800+0 records out
51609600 bytes (52 MB) copied, 0.266729 s, 193 MB/s

1.2 将磁盘映像文件挂载为loop块设备

我们需要对磁盘映像文件进行块设备操作，因此需要将其挂载为loop块设备(参考：http://en.wikipedia.org/wiki/Loop_device)。

In Unix-like operating systems, a loop device, vnd (vnode disk), or lofi (loopback file interface) is a pseudo-device that makes a file accessible as a block device.

daniel@ubuntu:~$ sudo losetup /dev/loop0 linux.img

1.3 在/dev/loop0上创建启动分区

使用cfdisk分区工具，其中-s参数指定块设备的sector参数，-h参数指定块设备的磁头参数。

daniel@ubuntu:~$ sudo cfdisk -h 16 -s 63 /dev/loop0

“New”按钮创建一个新的[Primary]类型的分区，在MBR分区表中只保存Primary类型的分区，因此只有Primary类型的分区能够作为启动分区。分区的大小选默认，即占据整个磁盘空间，因为我们只需要一个分区。

分完区后，将该分区设置成“Bootable”。

选择“Write”，将改动写入到目标块设备，在要求确认提示时输入yes。

选择“Quit”退出cfdisk界面。

1.4 将新创建的分区格式化成Ext4文件系统

查看新创建的分区的起始扇区号

daniel@ubuntu:~$ sudo fdisk -l /dev/loop0

Disk /dev/loop0: 51 MB, 51609600 bytes
16 heads, 63 sectors/track, 100 cylinders, total 100800 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x00000000

      Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/loop0p1              63      100799       50368+  83  Linux

将磁盘映像文件的第64个扇区开始的区域挂载成/dev/loop1。注意，如果磁盘映像文件分配了多个分区的话，还需要使用—sizelimit设置区域大小。

   1: Setup loop device:

   2:  

   3:      losetup [{-e|-E} encryption] [-o offset] 

[--sizelimit size]

   4:              [-p pfd] [-r] {-f[--show]|loopdev} file

daniel@ubuntu:~$ sudo losetup /dev/loop1 linux.img -o $((63*512))

将分区格式化为Ext4文件系统：

daniel@ubuntu:~$ sudo mkfs.ext4 /dev/loop1
mke2fs 1.41.14 (22-Dec-2010)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
12600 inodes, 50368 blocks
2518 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=1
Maximum filesystem blocks=51642368
7 block groups
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
1800 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
    8193, 24577, 40961

Writing inode tables: done
Creating journal (4096 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

This filesystem will be automatically checked every 32 mounts or
180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.

2. 安装Grub2（Boot Loader）到该磁盘映像文件中

参考：http://members.iinet.net/~herman546/p20/GRUB2%20Bash%20Commands.html

Boot Loader是加载操作系统的必要程序，其实就是一大段代码，这段代码负责将Linux内核文件从文件系统中读入到内存里，进行解压、搬移以及初始化参数的传递操作，然后将系统的控制权交给Linux内核。

Boot Loader通常分为两部分，第一部分安装到MBR的前446字节中，第二部分安装到其他的位置，通常是MBR与第一个分区之间的磁盘区域。

2.1 拷贝grub程序到目标根文件系统中的/boot目录

daniel@ubuntu:~$ sudo mkdir linux
daniel@ubuntu:~$ sudo mount /dev/loop1 linux
daniel@ubuntu:~$ sudo mkdir linux/boot
daniel@ubuntu:~$ sudo cp -r /usr/lib/grub/i386-pc/ linux/boot/grub

2.2 创建grub代码程序

daniel@ubuntu:~$ sudo grub-mkimage -O i386-pc -o linux/boot/grub/core.img biosdisk part_msdos ext2

生成一个core.img, biosdisk负责读取磁盘, part_msdos负责处理MBR, ext2负责读取ext3分区.

2.3 将core.img安装到磁盘上

SYNOPSIS
       grub-setup [OPTION]... DEVICE

DESCRIPTION
       Set  up images to boot from DEVICE.  DEVICE must be a GRUB device (e.g.
       `(hd0,1)').

       -b, --boot-image=FILE
              use FILE as the boot image [default=boot.img]

       -c, --core-image=FILE
              use FILE as the core image [default=core.img]

       -d, --directory=DIR
              use GRUB files in the directory DIR [default=/boot/grub]

       -m, --device-map=FILE
              use FILE as the device map [default=/boot/grub/device.map]

       -r, --root-device=DEV
              use DEV as the root device [default=guessed]

http://man.he.net/man8/grub-setup

daniel@ubuntu:~$ sudo vi linux/boot/grub/device.map
(hd0) /dev/loop0

daniel@ubuntu:~$ sudo grub-setup -m linux/boot/grub/device.map -d linux/boot/grub/ -r '(hd0,1)''(hd0)' /dev/loop0

If the device map file exists, the GRUB utilities (grub-probe, grub-setup, etc.) read it to map BIOS drives to OS devices. This file consists of lines like this:

(device) file

device is a drive specified in the GRUB syntax (see Device syntax), and file is an OS file, which is normally a device file.

http://www.gnu.org/software/grub/manual/html_node/Device-map.html

3. 将最小的根文件系统添加到启动分区中

可以参考：http://blog.csdn.net/deansrk/article/details/6661293

将最新的内核文件，以及/bin/sh及其依赖文件都拷贝到目标文件系统中。

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如果想要制造一个更加完善的根文件系统，可以选择busybox。

参考：http://blog.chinaunix.net/uid-14720887-id-3033771.html

编译BusyBox的步骤：

3.1 配置

sudo make menuconfig

选中“Busybox Settings-> Build Options-> Build Busybox as a static binary”。

3.2 编译，安装

sudo make
sudo make install

3.3 定制化

在_install目录下生成目标根目录结构，我们需要对该目录结构做一些修改：

3.3.1  创建子目录

mkdir proc sys etc dev

3.3.2  创建设备文件

cd dev
sudo mknod console c 5 1
sudo mknod null c 1 3

3.3.3  编辑/etc/fstab

proc /proc proc defaults 0 0
sysfs /sys sysfs defaults 0 0

3.3.4  编辑/etc/inittab

::sysinit:/etc/init.d/rcS
console::respawn:-/bin/sh
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount –a -r

3.3.5  编辑/etc/init.d/rcS，并赋予其执行权限

#!/bin/sh
mount -a

3.3.6  修改init文件

rm linuxrc
ln –sv bin/busybox init

3.4 与Grub生成的根文件系统合并

sudo cp -r busybox/_install/* linux/

 

4. 64位主机系统下创建Bochs可以使用的busybox根文件系统

64位系统编译出来的busybox无法被Bochs使用，因为Bochs是32位模拟器，会在内核启动后期提示：

request_module: runaway loop modprobe binfmt-464c

因此需要参考：http://www.cnblogs.com/long123king/p/3562020.html

sudo apt-get install libc6-dev-i386 gcc-multilib g++-multilib

在Makefile中添加

CFLAGS += -m32
LDFLAGS += -m32
CPPFLAGS += -m32

然后，再按上文3中的步骤重新编译。