前言

　　大家可能見到過很多在軟盤上運行的linux系統(tǒng)，可在軟盤上運行的FreeBSD反而比較少，雖然有PICOBSD，然而很多時候PICOBSD并不能滿足我們的需要，那么可不可以自己制作一個在軟盤上運行的FreeBSD系統(tǒng)呢？答案是肯定的。我在維護著一個Floppy Firewall的PRoject，它是一個基于FreeBSD和ipFilter的運行在軟盤上的防火墻系統(tǒng)，很多網(wǎng)友在使用了Floppy Firewall之后發(fā)郵件來詢問如何使FreeBSD運行在一張小小的軟盤上。但由于前段時間事情太多一直沒有時間，今天終于找到時間，所以把制作在軟盤上運行的FreeBSD的過程寫出來與大家分享，由于時間倉促，文中難免有錯誤之處，還請大家指教。

　　1、FreeBSD的啟動過程簡介
　　當BIOS讀入MBR之后，MBR中的程序讀入硬盤FreeBSD Slice（FreeBSD分區(qū)）中的引導程序，引導程序默認情況下會加載/boot/loader，然后loader將加載/kernel，此時 kernel開始檢測一些硬件和做一些初始化。初始化完成后kernel將mount root device，然后啟動系統(tǒng)初始化進程/sbin/init，init將根據(jù)/etc/rc中的設置來進行初始化等。

　　可以看出我們需要解決的部分就是：引導程序 -> /boot/loader -> /kernel -> /sbin/init -> /etc/rc在了解了啟動過程之后和問題所在之后，我們便可以開始制作軟盤上的FreeBSD了。

　　2、初始化軟盤

　　首先要做的就是要將軟盤初始化，包括設置disklabel和創(chuàng)建文件系統(tǒng)（格式化成ufs格式）。

　　bsd# disklabel -r -w fd0a fd1440

　　接下來是安裝引導程序。

　　bsd# disklabel -B fd0a

　　現(xiàn)在軟盤已經(jīng)能夠引導了，但因為我們要在它上面放置程序，所以要創(chuàng)建文件系統(tǒng)。

　　bsd# newfs fd0a

　　剛才已經(jīng)做好了引導程序，因為引導程序會加載/boot/loader，所以我們還需要將系統(tǒng)中的/boot/loader復制到軟盤中。

bsd# mkdir /fd
bsd# mount /dev/fd0a /fd
bsd# mkdir /fd/boot
bsd# cp /boot/loader /fd/boot/loader

　　根據(jù)FreeBSD的啟動過程，現(xiàn)在我們已經(jīng)準備好了引導程序和loader，接下來就要準備內(nèi)核了。
　　3、定制內(nèi)核
　　軟盤的空間有限，所以我們需要定制一個小內(nèi)核，而不能直接使用系統(tǒng)原來的內(nèi)核。由于我們只使用軟盤，所以內(nèi)核中的關于scsi、ata、atapi和raid等這些東西都應該刪除，因為我們不需要IPv6所以INET6也應該刪除，具體留下些什么要看自己的用途了，這沒有什么標準。不過有幾樣是必須的：

options MFS              # 內(nèi)存文件系統(tǒng)支持
options MD_ROOT      # 使用MD(內(nèi)存磁盤)設備做root
options UFS              # UFS文件系統(tǒng)支持 
options UFS_ROOT    # UFS ROOT
pseudo-device md    # MD設備支持

　　下面是我使用的一個內(nèi)核配制文件：

#
# GENERIC -- Generic kernel configuration file for FreeBSD/i386
#
#
# $FreeBSD: src/sys/i386/conf/GENERIC,v 1.246.2.38 2002/01/25 17:41:40 murray Exp $
machine                  i386
cpu                         I386_CPU
cpu                         I486_CPU
cpu                         I586_CPU
cpu                         I686_CPU
ident                        "MINI-KERNEL"
maxusers                0                               
#maxusers最好讓系統(tǒng)自動分配，如果設得過大，會占用過多的內(nèi)存。 
options                   INET                 #InterNETworking
options                   FFS                   #Berkeley Fast Filesystem
options                   FFS_ROOT             #FFS usable as root device [keep this!]
options                   MFS                   #Memory Filesystem
options                   MD_ROOT               #MD is a potential root device
options                   COMPAT_43            #Compatible with BSD 4.3 [KEEP THIS!]
options                   NO_SWAPPING      #Disable swap

device                   isa
device                   pci

# Floppy drives
device                   fdc0 at     isa?    port IO_FD1    irq 6   drq 2
device                   fd0   at     fdc0   drive 0

# atkbdc0 controls both the keyboard and the PS/2 mouse
device                   atkbdc0   at    isa?   port   IO_KBD
device                   atkbd0     at   atkbdc?   irq 1   flags 0x1

device                   vga0        at    isa?

# syscons is the default console driver, resembling an SCO console
device                    sc0         at    isa?   flags 0x100

# Floating point support - do not disable.
device                   npx0        at    nexus?   port IO_NPX   irq 13

# PCI Ethernet NICs that use the common MII bus controller code.
# NOTE: Be sure to keep the 'device miibus' line in order to use these NICs!
device                    miibus       # MII bus support
device                    fxp            # Intel EtherExpress PRO/100B (82557, 82558)
device                    rl               # RealTek 8129/8139
device                    xl              # 3Com 3c90x
device                    lnc0      
 at     isa?   port 0x280   irq 10   drq 0            # VMware Nic

# Pseudo devices - the number indicates how many units to allocate.
pseudo-device                    loop            # Network loopback
pseudo-device                    ether          # Ethernet support
pseudo-device                    md             # Memory "disks"

　　上面的內(nèi)核基本上是一個系統(tǒng)要運行的最小配制了，當然如果你的機器不同具體也不同，大家按自己的情況來定，我的機器配制是：

CPU: Pentium III 733Mhz
MotherBoard: Via 693A Chipset
NIC: Realtek 8139c

　　當配制好之后就是編譯內(nèi)核了，建議大家使用config的方式來編譯，注意，最后不要使用make install，否則你原來的內(nèi)核會被替換。

bsd# cd /sys/i386/conf
bsd# config MINI
bsd# cd ../../compile/MINI
bsd# make depend && make kernel

　　編譯完成后就會成生kernel這個文件，這時它的體積還是比較大，不過現(xiàn)在不用管它，后面將會介紹如何處理它。
　　4、編譯系統(tǒng)程序
　　現(xiàn)在就要準備系統(tǒng)所需要的基本程序了，首先最基本的是init和sh，init是所有進程的父進程，它負責進行一些初始化工作，它將是kernel引導完成后要運行的第一個用戶進程，而sh用于解釋/etc/rc中的命令。在UNIX中大部程序都使用了共享庫，這有利減少磁盤空間的占用，這對于使用硬盤是非常有用的，然而對于軟盤就不太適用了，因為單一個大部分程序都要使用的庫libc.so就有500多K，加上其它的庫軟盤根本就裝不下。

　　我們可以發(fā)現(xiàn)，大部分時候一個程序只是用到了庫中的某個函數(shù)，但同樣也要加載整個庫，所以我們可以使用靜態(tài)編譯來使程序只包含它使用的那部分函數(shù)，這樣可以減少程序的大小。

　　不過這樣問題同樣存在，如果只有少數(shù)程序這到?jīng)]有什么，一旦程序很多時，那么空間問題同樣存在。如果會C語言的朋友都知道，其實每一個程序中有很大一部分函數(shù)是相同的，比如printf，這個函數(shù)在大部分程序中都會用到，如果每個程序都包含一段printf的代碼，那么如果有100個程序的話，就會包含 100個這樣的代碼，然而這些代碼都是相同的，實際上有99個都是浪費了空間，那么可不可以讓一些程序在靜態(tài)編譯的情況下也能夠共享一些函數(shù)呢？要知道答案，往下接著看。

　　幸好，PICOBSD為我們提供了這樣的一個機制，使得程序即不用加載標準庫也可以利用其它程序中的相同函數(shù)，這就是crunch（crunch好像是世界頂級黑客高手John Draper的網(wǎng)名，不知道這與他有沒有關系。crunch是將所有需要的軟件編譯在一個文件中即crunch，然后當中的程序通過symbol link的方式link到它上面，這樣便可以使用相應的程序（類似于linux中的busybox），同時又節(jié)約了空間。PICOBSD為我們提供了一個自己定制crunch的機會，在FreeBSD4.5 Release（注：4.8 Release中的crunch無法定制，至少我沒有找到，所以建議大家使用4.5）中，crunch的配制文件是 /usr/src/release/picobsd/custom/crunch1/crunch.conf，編輯它以選擇你需要哪些軟件，下面以一個例子來說明它的用法。

# $FreeBSD: src/release/picobsd/router/crunch.conf,
v 1.1.2.2 2001/02/20 02:53:35 luigi Exp $
#
# NOTE: the string "/usr/src" will be automatically replaced with the
# correct value set in 'build' script - you should change it there 
# Default build options
buildopts -DNOPAM -DRELEASE_CRUNCH -DNOSECURE -DNOCRYPT -DNONETGRAPH -DNOIPSEC

# other sources
srcdirs /usr/src/bin
srcdirs /usr/src/sbin/i386
srcdirs /usr/src/sbin
srcdirs /usr/src/usr.bin
srcdirs /usr/src/usr.sbin
srcdirs /usr/src/gnu/usr.bin
srcdirs /usr/src/gnu/usr.sbin
srcdirs /usr/src/libexec
# sources for ns & vm
srcdirs /usr/src/release/picobsd/tinyware

　　以下為你所需要在crunch包含的程序列表，以空格分隔。

progs dmesg ping ifconfig route hostname
progs cp rm ls cat test mkdir less
progs uname sysctl
progs init sh reboot

　　ln是表示建立一個別名，如ln less more，表示當執(zhí)行more的時候?qū)嶋H上是執(zhí)行l(wèi)ess,ln less more。以下是指定編譯時需要的庫：

libs -lncurses -lmytinfo -lipx 
libs -lz -lpcap -lalias
libs -ledit -lutil -lmd -lcrypt -lmp -lgmp -lm -lkvm
libs -lgnuregex -ltelnet

　　當編輯好crunch.conf之后，你就可以開始編譯crunch了：

　　bsd# make

　　這時會生成一個名為crunch1的程序，我們要的就是它了。
　　5、建立內(nèi)存磁盤
　　大家可以看到crunch1加上我們剛才編譯的內(nèi)核和loader程序，已經(jīng)超出了軟盤的容量，同時為了加速程序的運行我們需要使用MD（內(nèi)存磁盤）來解決這個問題，MD將作為系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)和用來存放系統(tǒng)程序。對于內(nèi)存磁盤的大小一般不易太大，因為這樣會占用過多的內(nèi)存，下面我們就以建立一個3M的內(nèi)存磁盤為例說明如何建立內(nèi)存磁盤：

bsd# cd /root
bsd# dd if=/dev/zero of=bsd bs=1k count=3072        # 生成一個3M的文件，用來做MD
bsd# vnconfig -c -s labels vn0c bsd                    
 # 使用bsd來創(chuàng)建一個vn設置，以便在其中存放程序
bsd# disklabel -w -r vn0c auto                     # 建立disklabel
bsd# disklabel -B vn0c                            # 安裝啟動代碼
bsd# newfs vn0c # 創(chuàng)建UFS文件系統(tǒng)
bsd# mount /dev/vn0c /mnt # 將vn0c即bsd mount到/mnt

　　接下來要做的就是建立目錄結構，具體建立哪些目錄這要視需要決定，本例中需要建立如下目錄：

bsd# mkdir /mnt/etc
bsd# mkdir /mnt/sbin
bsd# mkdir /mnt/bin
bsd# mkdir /mnt/dev

　　然后將crunch1復制到/mnt/sbin中，再將剛才編譯進crunch1中的那些命令分別做上symbol link：

bsd# cp /usr/src/release/picobsd/custom/crunch1/crunch1 /mnt/sbin
bsd# cd /mnt/sbin
bsd# ln -s ./crunch1 init                      # init必須在/mnt/sbin目錄中
bsd# ln -s ./crunch1 reboot
bsd# ln -s ./crunch1 sysctl
bsd# ln -s ./crunch1 ifconfig
bsd# ln -s ./crunch1 route
bsd# ln -s ./crunch1 ping
bsd# ln -s ./crunch1 dmesg
bsd# cd /mnt/bin
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 sh                  # sh必須在/mnt/bin目錄中
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 hostname
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 cp
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 rm
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 ls
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 cat
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 test
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 mkdir
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 less
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 uname
bsd# ln -s ../sbin/crunch1 more

　　6、編寫啟動腳本

　　因為我們的系統(tǒng)只是為了測試在軟盤上運行FreeBSD，因而這里的啟動腳本非常簡單只是讓系統(tǒng)可以工作，沒有做其它的工作，其內(nèi)容如下：

#!/bin/sh
# Floppy BSD init script 
PATH=/sbin:/bin
HOME=/
export PATH HOME

echo
echo "Hello, it's my Floppy BSD"
echo

　　因為沒有使用登錄驗證，所以這里只是簡單的一直運行shell

while : ; do
/bin/sh
done
　　7、建立設備文件
　　現(xiàn)在需要建立一些基本的設備文件，我們使用/dev/MAKEDEV來完成這些操作：

bsd# cd /mnt/dev
bsd# cp /dev/MAKEDEV .
bsd#./MAKEDEV std # 建立標準設備
bsd# rm MAKEDEV

　　8、最后工作

　　到目前為止，我們的啟動部分，Kernel和內(nèi)存磁盤都已經(jīng)準備好了，下面就開始整合它們了。

　　因為init啟動的時候會查找login class中的daemon這個類別，如果沒有則會出現(xiàn)錯誤提示，為了使init不報錯，我們還需要復制/etc/login.conf到/mnt/etc中： bsd# cp /etc/login.conf /mnt/etc/login.conf因為loader支持直接加載gzip壓縮格式的文件，這為我們節(jié)約磁空提供了方便，同時也解決了我們空間不夠的問題，現(xiàn)在壓縮kernel和內(nèi)存磁盤bsd：

bsd# cd /root
bsd# cp /sys/compile/MINI/kernel .
bsd# gzip -9 kernel                   # 使用最大壓縮率，將生成文件kernel.gz
bsd# umount /mnt
bsd# gzip -9 bsd              # 使用最大壓縮率，將生成文件bsd.gz

　　然后編輯loader的配制文件：

bsd# cd /fd/boot
bsd# vi loader.rc

　　輸入：

load kernel
load -t mfs_root bsd         # 表示將bsd.gz以md的方式加載，并且成為root device

　　存盤退出，將kernel.gz和bsd.gz復制到軟盤中：

bsd# cd /root
bsd# cp kernel.gz /fd
bsd# cp bsd.gz /fd
bsd# umount /fd

　　現(xiàn)在用你的這張軟盤就可以啟動你的機器，如果一切正常的話，你將看到"Hello, it's my Floppy BSD"的提示，并且看到可愛的shell符"#"了，是不是很有滿足感呢？:)到此為止一個基本的BSD系統(tǒng)已經(jīng)完成了，如果你想繼續(xù)擴展Floppy BSD的功能，那就按照上面的方法自己做吧！