基于USB接口的微型桌面Linux系統設計方案

標簽：USB接口 微型桌面

1 引言

隨著(zhù)USB 3.0 標準的發(fā)布，存儲容量為8GB 至128GB 的USB 接口移動(dòng)存儲設備成為主流。由于USB盤(pán)體積小、攜帶方便、同時(shí)具有熱插拔功能，給移動(dòng)數據存儲帶來(lái)了便利。而開(kāi)源的Linux 操作系統具有的高可靠性和安全性、廣泛的硬件支持、靈活實(shí)用的可定制性等特點(diǎn)，使得Linux 桌面系統在辦公應用方面也逐步受到人們的青睞。如果在USB 接口的移動(dòng)存儲設備上實(shí)現一個(gè)Linux 微型桌面系統，將是一個(gè)不錯選擇。然而，將標準的Linux 發(fā)行版系統安裝在USB盤(pán)上，將占用近2G 的存儲空間，其中有許多軟件我們移動(dòng)辦公并不需要。同時(shí)，人們從數據安全性角度的考慮，希望在不使用原有宿主機操作系統和數據的前提下進(jìn)行便捷的移動(dòng)辦公。因此本文將從LFS 系統開(kāi)始，在USB 盤(pán)上搭建Linux 微型桌面系統，實(shí)現操作系統與辦公娛樂(lè )軟件的一體化，并采用squashfs 文件系統壓縮技術(shù)，對整個(gè)系統進(jìn)行壓縮，最后通過(guò)grub和initrd 實(shí)現系統的啟動(dòng)。

2 微型桌面系統的構成

本文是在LFS Live CD 6.3 宿主系統上，通過(guò)LFS技術(shù)構建基本Linux 系統后，使用chroot 命令轉入基本系統，完成后續整個(gè)桌面系統的搭建。

基于USB 盤(pán)的微型桌面系統構成如圖1 所示，由以下幾部分組成的：

①啟動(dòng)引導管理器：選用Grub 0.97.Grub 程序是計算機加電啟動(dòng)，引導到USB 盤(pán)設備后運行的第一個(gè)程序，其目的是將Linux 內核從USB 盤(pán)加載到內核中。

然后轉由內核執行后續操作。

②內核：作為L(cháng)inux 操作系統的核心，它負責管理進(jìn)程調度、內存管理、虛擬文件系統、網(wǎng)絡(luò )接口、進(jìn)程間通信，并提供對主板、顯卡、網(wǎng)卡、聲卡、存儲器、USB 設備等驅動(dòng)的支持。由于是移動(dòng)系統，面臨硬件平臺多樣性的問(wèn)題，所以需要將一些常用基本驅動(dòng)和USB 相關(guān)驅動(dòng)編譯進(jìn)內核，而將squashfs、aufs、聲卡、顯卡等相關(guān)支持以模塊的形式動(dòng)態(tài)加載，這樣在減少內核鏡像大小的同時(shí)，提高了系統啟動(dòng)時(shí)間。

③基本Linux 系統：包括能夠正常啟動(dòng)字符界面的基本文件系統結構、最常用的應用程序、基本函數庫和相關(guān)的配置文件。

④圖形桌面系統：桌面系統采用xfce4.6.2,并安裝如下應用軟件：永中office 2009 辦公應用軟件(集Word、Excel、PowerPoint 于一體);fcitx 中文輸入法;MPlayer 媒體播放軟件;網(wǎng)絡(luò )配置工具軟件;遠程桌面連接控件軟件;QQ;Vnc;實(shí)驗室自主研發(fā)的播放瀏覽一體化的網(wǎng)絡(luò )瀏覽器Hfox[2];其他軟件：圖片查看器、文本編輯器、PDF 閱讀器、解壓縮軟件等。

圖1 基于USB 接口的微型桌面Linux 系統的組成

整個(gè)微型桌面系統安裝完成后要占用大約1.7GB磁盤(pán)空間，通過(guò)運行mksquashfs 命令壓縮成只讀系統鏡像system.squashfs(約495MB)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 內核編譯

采用版本為2.6.27.27 的Linux 內核。為使系統更精簡(jiǎn)，部分模塊將不會(huì )被編譯進(jìn)內核：聲卡驅動(dòng)模塊等。系統將由U 盤(pán)引導，需要將SCSI 設備、Usbcore、Usb-storage 、Loopback device support 、RAM disksupport 和Initrd 等編譯到內核中。

將Squshfs、AUFS 編譯成模塊，通過(guò)Initrd 引導加載。

常見(jiàn)的硬盤(pán)接口為IDE 和SATA,在Linux 中通常將這兩類(lèi)硬盤(pán)標識為不同的盤(pán)符名。為了避免內核掛載U 盤(pán)根系統出現盤(pán)符名不一致的情況，需要將IDE 和SATA 硬盤(pán)中盤(pán)符統一成/dev/sdX,在內核編譯時(shí)需要加如下的選項：

編譯出來(lái)的內核會(huì )將這兩類(lèi)硬盤(pán)同等對待。從而使不同接口硬盤(pán)的盤(pán)符名在Linux 中都統一為sdX,方便本系統的掛載。

3.2 LFS 構建系統

LFS(Linux From Scratch 的縮寫(xiě))，是從源代碼開(kāi)始搭建的Linux 系統。LFS 有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①LFS 是非常靈活的，可以根據自身需求定制。

②構建的LFS 系統是一個(gè)非常緊湊的系統，可以大大節省磁盤(pán)空間。

③LFS 可自定義安裝相關(guān)的安全補丁，系統有保障。

本文目的是設計一款微型桌面系統，根據其小巧靈活實(shí)用的特點(diǎn)，與使用標準的Linux 發(fā)行版和使用精簡(jiǎn)的Linux 系統相比，LFS 更適合。

3.3 SquashFS+LZMA 只讀壓縮系統

構建一個(gè)小型或嵌入式Linux 系統，存儲設備(軟盤(pán)、U 盤(pán)等)的空間資源非常有限，因此壓縮應盡可能用在各個(gè)方面。

SquashFS 是一種在Linux 下使用的只讀壓縮文件系統，是目前最好的壓縮文件系統之一，它的目的是為通用只讀文件系統使用。目前，SquashFS 壓縮文件系統應用很廣，已在Linux Live CD 各發(fā)行版、嵌入式系統、以及在服務(wù)器及桌面系統中都有著(zhù)大量的應用。

LZMA(Lempel-Ziv-Markov chain-Algorithm 的縮寫(xiě))，是一個(gè)Deflate和LZ77算法改良和優(yōu)化后的壓縮算法，是目前最好的壓縮算法之一。

SquashFS 默認的壓縮算法是GZIP,本文中采用給SquashFS 打補丁，使其支持LZMA 算法壓縮。實(shí)驗證明，通過(guò)LZMA 算法壓縮比GZIP 算法壓縮率更高，而壓縮時(shí)間比GZIP 算法稍長(cháng)。通過(guò)對整個(gè)系統采用GZIP 和LZMA 算法進(jìn)行Squashfs 壓縮，在壓縮時(shí)間和存儲空間的比較如表1 如示。

表1 兩種壓縮算法的比較

目前Linux 內核還不支持LZMA,在編譯內核時(shí)需要將CONFIG_SQUASHFS*中所有值置為N;再單獨將帶LZMA 支持的Squshfs 編譯成模塊，通過(guò)動(dòng)態(tài)加載方式運行。

3.4 AUFS 聯(lián)合文件系統

AUFS( Another UnionFS 的縮寫(xiě))， 是一個(gè)與UnionFS 類(lèi)似的可堆疊聯(lián)合文件系統，它將多個(gè)目錄整合成單一的目錄，是Linux 文件系統聯(lián)合掛載的實(shí)現。