1. 重要

嵌入式领域，需要制作基于X86架构的文件系统定制方案。

文件系统主要包含以下三部分：

• bootfs: 只包含linux内核的文件系统(包括grub)
• rootfs: 除内核外的根文件系统
• swfs: 自研软件

bootfs通过同一分区，存放多内核文件实现主备，软连接决定启动的内核。

rootfs通过A\B分区，实现主备，grub配置文件决定启动的根文件系统。

swfs通过A\B分区，实现主备，mount不同分区决定要运行的软件程序。

系统分区方案：

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磁盘、分区名称                  FS类型   大小  类型  挂载点
nvme0n1                                      disk 
├─nvme0n1p1                    vfat      1G  part  /boot/efi
├─nvme0n1p2                    ext4      2G  part  /boot
└─nvme0n1p3                    ext4  462.7G  part 
  ├─ubuntu--vg-ubuntu--lv      ext4    100G  lvm   /
  ├─ubuntu--vg-lv----b----root ext4    100G  lvm  
  ├─ubuntu--vg-lv--a--soft     ext4     10G  lvm  
  ├─ubuntu--vg-lv--b--soft     ext4     10G  lvm  
  ├─ubuntu--vg-lv--data        ext4    242G  lvm  
  └─ubuntu--vg-lv--sysconfig   ext4     20M  lvm  

• boot分区只有一个nvme0n1p2，里面有内核、initrd、grub的配置文件。软链接的形式切换内核。
• rootfs有A:ubuntu–vg-ubuntu–lv\B:ubuntu–vg-lv—-b—-root分区，通过grub配置文件中设置，加载哪个boot内核 + rootfs.
• swfs有A:ubuntu–vg-lv–a–soft\B:ubuntu–vg-lv–b–soft软件分区。
• userdatafs分区只有一个ubuntu–vg-lv–data， 软件生成的用户数据。
• sysconfig分区只有一个ubuntu–vg-lv–sysconfig，存放SN MAC 环境变量等。

2. 需求

1. 升级包制作：

   • 制作rootfs, 可dd至rootfs-A或rootfs-B分区，完成根文件系统安装，系统正常启动、驱动正常;
   • 制作bootfs, 可dd至bootfs-A或bootfs-B分区，完成内核安装，系统正常启动;
   • 制作userdatafs, 可dd至userdatafs-A或userdatafs-B分区，完成自研软件的安装，程序运行正常;

2. 烧写包制作：基于启动盘，实现自动分区、安装操作系统(iso文件，由xorriso工具将bootfs、rootfs、userdatafs组合成一个完整的iso镜像)。

3. 升级包制作

3.1 rootfs制作方案

需要制作一个根文件系统，需要能打包软件运行环境，包括工具、驱动、环境配置。

3.1.1 Docker方案

3.1.1.1 基本介绍

docker是一个开源的应用容器引擎，允许开发者将应用及其依赖打包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的Linux或Windows操作系统的机器上。docker可以用于构建、部署和运行任何软件，包括完整的Linux发行版。

3.1.1.2 使用场景

docker适用于以下场景：

1. 快速部署应用和环境
2. 创建隔离的开发和测试环境
3. 微服务架构中的服务容器
4. 系统镜像的快速构建和分发

3.1.1.3 使用流程

使用docker构建根文件系统的基本流程包括：

1. 安装docker和相关工具
2. 创建Dockerfile定义构建过程
3. 构建镜像
4. 运行容器进行测试
5. 将环境commit镜像，并mount至制定目录
6. mke2fs 命令将目录打包成二进制文件。

3.1.1.4 功能特点

1. 内核兼容性：docker容器运行在主机内核之上，因此与主机内核版本(如Ubuntu 6.8.0-57-generic)高度兼容。docker容器的根文件系统是只读的，可以通过–read-only选项设置为"黄金镜像"。
2. 镜像格式支持：docker支持多种镜像格式，但默认使用自己的镜像格式，可以通过docker save和docker load命令导出和导入镜像。docker还支持将镜像导出为tar格式，但不直接支持squashfs格式。
3. 可定制性：docker通过Dockerfile提供高度可定制性，可以定义安装的包、环境变量、文件复制等操作。
4. 资源占用：docker容器的资源占用相对较低，但相比debootstrap生成的系统稍大。

3.1.1.5 优缺点分析

优点：

• 使用简单，有丰富的文档和社区支持
• 可以快速创建和销毁环境
• 镜像可以在不同系统间移植
• 支持多阶段构建，优化镜像大小
• 生态系统丰富，有大量预构建镜像缺点：
• 对于嵌入式系统可能资源占用过高
• 需要额外配置才能生成传统文件系统镜像
• 默认不支持生成squashfs格式的镜像
• 内核依赖于主机内核，不适合独立部署

问题：在第2步时，出现问题。nvidia驱动是制作成systemd服务的形式，但docker环境中没有systemd, 且环境兼容性没有debootstrap好，因此弃用此方案。

3.1.2 debootstrap方案

3.1.2.1 基本介绍

debootstrap是Debian/Ubuntu系统下用于构建基本根文件系统的工具。它可以在已安装的系统中创建另一个Debian基础系统，生成的目录符合Linux文件系统标准(FHS)，包含/boot、/etc、/bin、/usr等标准目录结构。debootstrap生成的系统镜像体积相对较小，但功能强大，能够满足大多数基本系统需求。

3.1.2.2 使用场景

debootstrap适用于以下场景：

1. 构建嵌入式系统根文件系统
2. 创建轻量级Linux发行版
3. 在不同架构上交叉编译和部署系统
4. 快速创建测试环境

3.1.2.3 使用流程

使用debootstrap构建根文件系统的基本流程包括：

1. 安装必要的工具和依赖（debootstrap）
2. 创建目标目录
3. 使用debootstrap下载基础系统包(不包含内核文件)
4. 切换根文件系统，并挂载必要的虚拟文件系统
5. 配置系统环境
6. 安装必要的软件包
7. 生成最终的根文件系统镜像

3.1.2.4 功能特点

1. 内核兼容性：debootstrap生成的系统可以与多种内核版本兼容，包括Ubuntu 6.8.0-57-generic。根据搜索结果，debootstrap可以用于构建带有initramfs的系统，该initramfs可以被内核直接启动。
2. 镜像格式支持：debootstrap本身不直接生成特定格式的镜像，但可以与mkfs工具结合生成各种格式的文件系统镜像，如ext2、ext4等。通过额外的脚本，也可以生成squashfs格式的镜像。
3. 可定制性：debootstrap提供较高的可定制性，可以根据需求选择安装的包和软件，配置系统参数。
4. 资源占用：相比完整发行版，debootstrap生成的系统占用更少的磁盘空间和系统资源。

3.1.2.5 优缺点分析

优点：

• 可以创建符合FHS标准的最小化系统
• 支持多种Linux发行版和架构
• 可以通过apt-get命令管理软件包
• 灵活性高，可以根据需求定制系统内容
• 支持在不同架构上交叉编译系统缺点：
• 学习曲线较陡，需要了解Linux系统结构
• 配置过程相对复杂，需要手动挂载多个虚拟文件系统
• 生成的系统可能缺乏某些预配置的实用工具

3.1.3 方案对比

3.1.3 结论

基于内核的兼容性、以及嵌入式领域技术栈，选择debootstrap制作 rootfs 的方案。

4. 烧写包制作

5. 计划

6. 风险项识别

6.1 整体风险

技术方案： 烧写包自动分区，后自动向指定分区写入grub, 以及boot的方案待调研。

环境安装：工具、驱动安装自动化程度不高，并且需要精简文件系统内容，抽离驱动编译开发环境。

内核打包: 归档自动化打包脚本。

grub自动切换方案：待落地验证，目前为手动操作, 直接修改/boot/grub/grub.cfg文件实现A\B 根文件系统的切换。

系统集成方案：需要端到端了解整个文件系统制作过程，将构建过程拆解，实现稳定、高效的自动化打包方案。

6.2 环境可移植(一致性)

初步想法，通过容器将打包环境固化下来（rootfs 可能无法做到，待尝试），再通过流水线脚本将镜像创建的过程自动化。

将rootfs bootfs swfs的制作拆开成单独流水线，烧写ISO镜像整合这3个产物，再集合。后期频繁变动的应该是swfs，因此rootfs、bootfs应该是取缓存产物即可。

6.3 硬件资源需求

CPU: 16C 主频越高越好

Memory: 16G

Disk: 100G+ 高性能IO

网络：无翻墙需求

6.4 技术选型维护难度

熟悉Linux文件系统，熟悉grub启动流程、配置文件修改，熟悉

7. 效果预期

其他

升级过程说明（临时手动过程）

暂作记录，不是升级时的最终方案

1. 拿到rootfs后，通过 U盘启动盘进入shell环境，并将img文件dd至相应分区
2. resize2fs 将目标分区 resize
3. 修改/boot/grub/grub.conf, 设置加载内核的配置（注意 挂载的rootfs分区，需要rw权限）
4. 重启