基于USB接口的微型桌面Linux系統(tǒng)設計方案

標簽：USB接口 微型桌面

1 引言

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

2 微型桌面系統(tǒng)的構成

本文是在LFS Live CD 6.3 宿主系統(tǒng)上，通過LFS技術構建基本Linux 系統(tǒng)后，使用chroot 命令轉入基本系統(tǒng)，完成后續(xù)整個桌面系統(tǒng)的搭建。

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

①啟動引導管理器：選用Grub 0.97.Grub 程序是計算機加電啟動，引導到USB 盤設備后運行的第一個程序，其目的是將Linux 內(nèi)核從USB 盤加載到內(nèi)核中。

然后轉由內(nèi)核執(zhí)行后續(xù)操作。

②內(nèi)核：作為Linux 操作系統(tǒng)的核心，它負責管理進程調(diào)度、內(nèi)存管理、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡接口、進程間通信，并提供對主板、顯卡、網(wǎng)卡、聲卡、存儲器、USB 設備等驅(qū)動的支持。由于是移動系統(tǒng)，面臨硬件平臺多樣性的問題，所以需要將一些常用基本驅(qū)動和USB 相關驅(qū)動編譯進內(nèi)核，而將squashfs、aufs、聲卡、顯卡等相關支持以模塊的形式動態(tài)加載，這樣在減少內(nèi)核鏡像大小的同時，提高了系統(tǒng)啟動時間。

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

④圖形桌面系統(tǒng)：桌面系統(tǒng)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)絡配置工具軟件;遠程桌面連接控件軟件;QQ;Vnc;實驗室自主研發(fā)的播放瀏覽一體化的網(wǎng)絡瀏覽器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(tǒng)的組成

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

3 關鍵技術

3.1 內(nèi)核編譯

采用版本為2.6.27.27 的Linux 內(nèi)核。為使系統(tǒng)更精簡，部分模塊將不會被編譯進內(nèi)核：聲卡驅(qū)動模塊等。系統(tǒng)將由U 盤引導，需要將SCSI 設備、Usbcore、Usb-storage 、Loopback device support 、RAM disksupport 和Initrd 等編譯到內(nèi)核中。

將Squshfs、AUFS 編譯成模塊，通過Initrd 引導加載。

常見的硬盤接口為IDE 和SATA,在Linux 中通常將這兩類硬盤標識為不同的盤符名。為了避免內(nèi)核掛載U 盤根系統(tǒng)出現(xiàn)盤符名不一致的情況，需要將IDE 和SATA 硬盤中盤符統(tǒng)一成/dev/sdX,在內(nèi)核編譯時需要加如下的選項：

編譯出來的內(nèi)核會將這兩類硬盤同等對待。從而使不同接口硬盤的盤符名在Linux 中都統(tǒng)一為sdX,方便本系統(tǒng)的掛載。

3.2 LFS 構建系統(tǒng)

LFS(Linux From Scratch 的縮寫)，是從源代碼開始搭建的Linux 系統(tǒng)。LFS 有以下幾個優(yōu)點：

①LFS 是非常靈活的，可以根據(jù)自身需求定制。

②構建的LFS 系統(tǒng)是一個非常緊湊的系統(tǒng)，可以大大節(jié)省磁盤空間。

③LFS 可自定義安裝相關的安全補丁，系統(tǒng)有保障。

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

3.3 SquashFS+LZMA 只讀壓縮系統(tǒng)

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

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

LZMA(Lempel-Ziv-Markov chain-Algorithm 的縮寫)，是一個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。實驗證明，通過LZMA 算法壓縮比GZIP 算法壓縮率更高，而壓縮時間比GZIP 算法稍長。通過對整個系統(tǒng)采用GZIP 和LZMA 算法進行Squashfs 壓縮，在壓縮時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(nèi)核還不支持LZMA,在編譯內(nèi)核時需要將CONFIG_SQUASHFS*中所有值置為N;再單獨將帶LZMA 支持的Squshfs 編譯成模塊，通過動態(tài)加載方式運行。

3.4 AUFS 聯(lián)合文件系統(tǒng)

AUFS( Another UnionFS 的縮寫)， 是一個與UnionFS 類似的可堆疊聯(lián)合文件系統(tǒng)，它將多個目錄整合成單一的目錄，是Linux 文件系統(tǒng)聯(lián)合掛載的實現(xiàn)。