用 BusyBox 构建最小根文件系统

做什么

内核编译好了，但光有内核是没法用的——内核启动后需要一个根文件系统（rootfs）来提供基本的用户态环境，至少得有个 shell 让我们敲命令吧。这篇我们用 BusyBox 构建一个最小的 rootfs，把它打包成 cpio.gz 格式的 initramfs 镜像，作为内核启动时的初始内存盘。完成之后我们就有了启动所需的全部材料：一颗编译好的内核 + 一个打包好的根文件系统。

要了解什么

为什么是 BusyBox

BusyBox 是嵌入式 Linux 世界的瑞士军刀——它把 ls、cat、sh、mount、cp、mv 等几十个标准 Linux 工具打包成一个单一的二进制文件，通过符号链接的方式让每个"命令"都指向同一个 busybox 可执行文件。这样做的好处是极大地节省了存储空间，整个用户态工具集只需要几百 KB，非常适合 initramfs 这种容量敏感的场景。

我们的 rootfs 不需要是一个功能完备的 Linux 发行版，它只需要做到一件事：启动之后给我们一个可以交互的 shell，让我们能跑 uname -a、cat /proc/cpuinfo、ls /sys/ 这些基本命令来验证内核功能。BusyBox 完全满足这个需求。

（插一个小广告：笔者自己Vibe Coding过一个类似BusyBox的最小core-binutils，叫CFBox，Github这边请：https://github.com/Awesome-Embedded-Learning-Studio/CFBox）

构建 rootfs

项目提供了一个自动化脚本 rootfs-minimal-maker.sh 来处理整个 rootfs 构建流程。它的核心工作包括：编译 BusyBox（静态链接）、创建 rootfs 目录结构（bin/、sbin/、usr/、proc/、sys/、dev/ 等）、安装 BusyBox 的符号链接、生成 /init 启动脚本。运行方式是：

ARCH=aarch64 ./scripts/rootfs-minimal-maker.sh defconfig

这里 ARCH=aarch64 很重要，它决定了编译出来的 BusyBox 是 ARM64 版本的。如果忘了设 ARCH，脚本不会报错，但会把 rootfs 输出到一个路径异常的目录（out/build_latest_/rootfs/——注意那个空的下划线，就是因为 ARCH 为空导致的），而且编译出来的 BusyBox 可能是 x86 架构的。这个坑我们实际踩过，排查起来还挺隐蔽的。

构建完成后检查一下 rootfs 目录：

ls out/build_latest_arm64/rootfs/
# bin/  dev/  etc/  init*  proc/  sbin/  sys/  usr/

一个能启动的最小 rootfs 需要这些目录和文件。bin/ 和 sbin/ 下面是 BusyBox 的符号链接，init 是内核启动后执行的第一个用户态程序。

/init：内核启动后的第一个用户态程序

内核在完成硬件初始化之后，会去执行根文件系统里的 /init 程序（如果内核命令行指定了 rdinit=/init 的话）。我们的 /init 是一个简单的 shell 脚本，做的事情很直白：挂载 /proc、/sys、/dev（devtmpfs），然后启动一个交互式 shell。

#!/bin/sh
mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t devtmpfs devtmpfs /dev
exec /bin/sh

这里每一行都有它的必要性。/proc 提供进程信息和内核参数接口，/sys 提供设备模型和驱动信息，/dev 提供设备节点（比如 /dev/console、/dev/null 等）。如果忘了挂载 /dev， BusyBox 的 shell 启动时会抱怨 can't access tty，虽然 shell 还是能起来，但会少一些功能（比如 job control）。

打包成 cpio.gz

QEMU 需要的 initrd 镜像是 cpio 格式的归档文件，而且必须是 newc 格式——这是内核 initramfs 的标准格式。我们的构建脚本已经内置了打包步骤，但如果你需要手动打包（比如修改了 rootfs 内容），命令如下：

cd out/build_latest_arm64/rootfs
find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc 2>/dev/null | gzip -9 > ../rootfs.cpio.gz

拆解一下这条管道命令：find . -print0 递归列出 rootfs 下所有文件，用 null 字节分隔（处理文件名中的空格和特殊字符）；cpio --null -ov --format=newc 读取这些路径，打包成 newc 格式的 cpio 归档；gzip -9 用最大压缩比压缩，最终产出一个大约 1MB 的 rootfs.cpio.gz 文件。

为什么用静态链接？BusyBox 编译时我们选择了静态链接（CONFIG_STATIC=y），这意味着 BusyBox 的可执行文件包含了所有需要的 C 库函数，不依赖任何外部共享库（.so 文件）。在 initramfs 场景下这是必要的，因为我们的 rootfs 里没有 /lib/ 目录——如果 BusyBox 是动态链接的，内核启动后执行 /init 时会找不到动态链接器（ld-linux-aarch64.so.1），直接报错退出。

动手试试

运行 ARCH=aarch64 ./scripts/rootfs-minimal-maker.sh defconfig 构建 rootfs
检查 out/build_latest_arm64/rootfs/init 文件是否存在且有执行权限（ls -l）
用 file out/build_latest_arm64/rootfs/bin/busybox 确认 BusyBox 是 ARM64 架构的静态链接二进制
检查 out/build_latest_arm64/rootfs.cpio.gz 是否已生成，用 ls -lh 查看大小

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