CN103077043B - 一种快速启动及运行Linux的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种快速启动及运行Linux的方法，预先制作启动介质，所述启动介质分成两个分区，其中第一个分区保存两个压缩包，第一压缩包存储根文件系统的只读文件，第二压缩包存储根文件系统的配置文件，所述启动介质还存储引导代码；该方法包括如下步骤：A、将启动介质插入到目标计算机设备的适当接口中，目标计算机设备上电后，启动介质中的引导代码引导目标计算机设备运行临时根文件系统；B、在目标计算机设备建立具备实时压缩功能的虚拟内存设备，将所述第一压缩包解压释放到所述虚拟内存设备中，并将第二压缩包解压释放到启动介质的第二分区；C、引导目标计算机设备从临时根文件系统切换到存储于所述虚拟内存设备的根文件系统中。

Description

一种快速启动及运行Linux的方法

技术领域

本申请涉及计算机操作系统技术领域，尤其涉及一种快速启动及运行Linux的方法。

背景技术

自Linux操作系统发明以来，其应用得到迅速的扩展。从大型的超级计算机到最小的嵌入式设备，从日常的办公设备如个人电脑，到最新式的消费电子如智能手机，都离不开Linux操作系统的身影。由于其所面临的需求及环境如此不同，因此使得Linux操作系统有很强的可配置能力以及运行于各种平台上的适应性。

由于这样的可配置性，在当前各种各样的专有设备中都将Linux操作系统作为首选平台，因此Linux也面临着各种各样的运行环境，他们各自的需求又不一样。如在一些工业或者消费类中的嵌入式系统中，其运行时内存容量会受到限制，需要合理使用这些内存。而对于一些较大的专有设备中，内存虽然不成为系统执行的限制，但需要满足其他诸如执行速度快、防篡改、快速升级、快速还原系统状态等功能的需求。还有一些通用型的设备，其所要求的又是广泛的硬件支持，良好的交互性以及占用资源少等等。

在一些专用设备中，如作为存储系统使用的网络存储设备，其最重要的功能是为网络中其他的计算机提供存储服务。因此运行于此类型设备的操作系统必须具有下面的一些特征：

由于此类型的设备通常要给网络中很多的设备提供存储服务，因此要求系统的执行要必须快速，能够在短时间内响应其他设备的请求；

由于系统的用户不是一个，因此需要保护系统在被有意或者无意篡改与破坏的情况下能够快速恢复，使篡改所导致的影响及损失最小化；

由于专用设备在生产时需要批量进行，因此在生产时能够快速进行操作系统的安装与配置；

由于专用设备会处于不断更新中，因此要能够对系统进行方便快捷地升级。

现有技术中，常规的启动Linux的方法是直接将Linux安装到一个专用的磁盘中进行启动。这种方式主要在一些独立的设备中使用，但不适于批量地进行系统安装；并且由于安装系统后占用较大的空间，因此也不适用于嵌入式系统中。

第二种方式是将Linux安装到一个光盘中进行系统引导及运行。这种方式主要用于系统安装光盘以及作为工具盘使用，由于运行速度慢，特别是光盘系统一般都是不可写的文件系统，因此系统只能运行时配置（甚至是无法进行配置），而重新启动后，这些配置信息将无法保存。因此，这种系统启动运行方式不能作为一个设备的常规系统运行方式。

发明内容

本申请提供了一种快速启动及运行Linux的方法，使得操作系统能够快速运行的同时，又能极大地减少系统占用的内存，便于批量地进行系统安装，尤其适用于嵌入式系统或者专用系统。

本申请实施例提供的一种快速启动及运行Linux的方法，预先制作启动介质，所述启动介质分成两个分区，其中第一个分区保存两个压缩包，第一压缩包存储根文件系统的只读文件，第二压缩包存储根文件系统的配置文件，所述根文件系统包括运行Linux系统所必须的文件；所述启动介质还存储引导代码；该方法包括如下步骤：

A、将启动介质插入到目标计算机设备的适当接口中，目标计算机设备上电后，启动介质中的引导代码引导目标计算机设备运行临时根文件系统；

B、在目标计算机设备建立具备实时压缩功能的虚拟内存设备，将所述第一压缩包解压释放到所述虚拟内存设备中，并将第二压缩包解压释放到启动介质的第二分区；

C、引导目标计算机设备从临时根文件系统切换到存储于所述虚拟内存设备的根文件系统中。

较佳地，制作启动介质包括：

在第一计算机系统安装和配置Linux系统，并安装目标计算机系统所需要的应用程序；

从第一计算机系统的文件中提取根文件系统，所述根文件系统包括运行Linux系统所必须的所有文件；将根文件系统制作成两个压缩包，第一压缩包存储的是根文件系统的只读文件，第二压缩包存储根文件系统的配置文件；

在启动介质上安装启动代码，使启动介质能够引导Linux系统；将所述第一压缩包和第二压缩包复制到启动介质上的第一个分区。

较佳地，步骤B所述将所述第一压缩包解压释放到所述虚拟内存设备中之前，进一步包括：对虚拟内存设备进行格式化并创建文件系统。

较佳地，步骤B将第二压缩包解压释放到启动介质的第二个分区之前，进一步包括：

判断启动介质上的释放标志是否存在，若是，则跳转至步骤C；否则，执行所述将第二压缩包解压释放到启动介质的第二个分区的步骤。

从以上技术方案可以看出，压缩打包的根文件系统解压释放到具备实时压缩功能的虚拟内存块设备中，并引导Linux系统切换到存储于该虚拟内存设备的根文件系统中，从而完成最终启动Linux操作系统，并使其运行于压缩的内存之中。由于目标系统是以压缩包的方式提供，因此对于目标介质的存储容量的要求可以降低，从而可以节省启动介质的成本。在安装目标系统时只需要复制对应的系统包与配置包，及安装启动代码，因此对于系统的批量生产与部署将非常迅速。由于系统执行在虚拟内存设备之中，因此系统的执行非常高效。而且由于虚拟内存设备有实时压缩的功能，存储在该设备上的数据都经过压缩，因此消耗的内存可以大大减少。由于将系统包分成系统包与配置包，并且在启动时可以根据情况是否释放配置包的数据，通过控制释放标志文件就可以做到快速地还原系统。由于目标系统是以压缩包的形式存在，当原型系统进行了更新或者升级，只需要按照相同的步骤制作生成相应的压缩包，然后替换掉启动介质上相应的压缩包，即可完成系统的升级与更新，可以方便地进行维护。由于系统关键部分是运行于内存之上的，因此对于有意无意的篡改导致的问题，会在重新启动后全部还原，能够快速恢复系统状态，使系统受影响的时间最小，损失最小。

附图说明

图1为本申请提供的快速启动及运行Linux的方法流程图；

图2为原型系统与目标系统的关系示意图；

图3为本申请实施例提供的一种快速启动及运行Linux的方法流程图；

图4为本申请实施例中的rootify.sh脚本执行的操作流程图。

具体实施方式

为了满足网络存储设备等专用设备对于系统的运行要求，本申请提出了使系统运行于虚拟内存设备之上的方法。这个虚拟内存设备具有实时压缩数据的功能，使得系统耗用的内存大量减少，并且执行高效。所述虚拟内存设备由Linux操作系统启动后生成，是在计算机内存中开辟了一块专用的内存区域由系统模拟如磁盘这样的块设备的功能。并且，在向虚拟内存设备写入数据时，首先将这些数据经过压缩后再存入虚拟内存设备当中。

要执行Linux操作系统必须存在一些基本的基础的软件设施以及运行环境。包括一些基本的执行命令、共享库、工具、脚本等内容，这些内容表现为文件并在Linux系统中以目录树的方式进行组织，而这个目录树都派生于一个最顶层的根目录。以下将这个目录树所形成的文件系统称之为“根文件系统”。由于“根文件系统”包括大量的工具、脚本、库等文件，因此尺寸非常大，而Linux操作系统通过两阶段方式进行启动。在第一个阶段只需要启动一个基本可用的系统即可，而不需要一整套的根文件系统所需要内容。在启动第一阶段完成后，并且在这个最小化的根文件系统之下完成一些准备工作后，再进行第二阶段切换到系统最终的根文件系统当中去。以下将在第一个阶段所使用的最小化根文件系统称为“临时根文件系统”。

因此正是基于这样的启动原理，本申请技术方案的构思是将最终的根文件系统存放于压缩的内存中，这样既可以满足系统快速执行要求，又能够防止系统遭到篡改与破坏（因为内存是易失性存储介质，重新加电后，内存中的内容就全部丢失）。通过对于Linux根文件系统存储方式进行特殊处理后，就可以满足快速安装、快速升级的要求。这些特性，使得以这种方式启动运行的Linux系统能够满足上面所述专用设备对于运行环境的所有要求。

本申请提供的快速启动及运行Linux的方法流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤101：创建原型系统。选择Linux系统的发行版，并按选定发行版的系统常规流程在第一计算机系统中安装Linux系统。在安装过程中，选择目标系统要求所有必要的软件模块。安装成功后，则原型系统创建成功。

原型系统是最终执行系统的模板。对于系统的升级、变更首先在原型系统中进行应用，升级变更完成后再从其中提取根文件系统，最后安装到启动介质中。启动介质是通过标准接口接入目标设备中以启动目标设备的存储介质。标准接口可以是通用串行总结接口（USB接口），也可以是串行高级技术附件（SATA，SerialAdvancedTechnologyAttachment）接口或其他标准接口。

以下将安装到启动介质中的系统称为目标系统，并将运行目标系统的设备称为目标设备。启动介质用于启动目标设备。如2图所描述的为原型系统与目标系统的关系。

步骤102：从原型系统中提取根文件系统。根文件系统包括运行Linux系统所必须的所有文件。

安装成功原型系统后，需要从原型系统中提出目标系统所需要的根文件系统，并制作成相应的压缩包。在生成压缩包时，会按照包的目的生成两个，一个存储的是根文件系统的只读文件，即在整个系统运行周期内不发生变化的文件，这个包我们称为系统包。另一个包存储的是一些系统的配置文件，这些配置将在系统运行当中被改写并保存，这个包我们称为配置包。

之所以需要将根文件系统分成两个压缩包进行处理并且在启动时分别释放到不同的位置，这里因为：由于虚拟内存设备是在计算机内存中虚拟的设备，因此当设备掉电后，其中的内容将全部丢失。存储于其上的文件将具有只读文件的属性，即使在系统运行时文件被删除或被损坏，只需要重新启动一下系统即可恢复文件的最初完好的状态。但是，不同的目标设备对于系统的配置是有不同的需求的，包括但不限于如主机名、网络地址、用户数据、以及在运行过程中产生的需要持久保存的数据。这些数据需要即始是系统关机或者重启，在系统启动成功后能够读取到上次更改后的状态。因此具有类似要求的这些配置文件全部存放于第二个压缩包，即为“配置包”。并且在系统启动时将这个包中的文件释放到目标介质中的第二个分区（因为第一个分区已经用来存储生成的两个系统包），而在配置系统时，配置数据就写入到存储在第二个分区中的文件中了，这保证了更改的数据可以持久保存。当系统启动后由于有释放标志文件的控制，如果系统中已经存在已经释放的配置包，则配置包不再进行释放，那么系统启动后，就能够读取到系统最后更改的数据。而通过删除这个释放标志文件，就可以轻松地使系统恢复到初始状态。

步骤103：在启动介质上安装启动代码，使启动介质能够引导Linux系统。

利用“引导代码安装程序”在启动介质上安装引导代码。“引导代码安装程序”是一种标准的工具软件，其完成的工作就是将固定的引导代码写入到启动介质的固定位置，使目标设备通过这段引导代码引导系统进入Linux操作系统。

步骤104：将压缩打包后的根文件系统复制到启动介质上。

将从原型系统中提取根文件系统制作成的压缩包放到引导介质指定的分区位置。本发明中的启动流程代码将从这个分区中读取并处理这些压缩包。

步骤105：将启动介质插入到目标设备的适当接口中，目标设备上电后引导代码引导目标设备运行临时根文件系统。

当目标设备被引导进入临时根文件系统时，临时根文件系统会自动调用固定的启动脚本，在这个脚本中插入本申请的特定的执行代码，这些代码将引导执行流程进入步骤106。

步骤106：在目标设备建立具备实时压缩功能的虚拟内存设备，将压缩打包的根文件系统解压释放到所述虚拟内存设备中，并引导目标设备从临时根文件系统切换到存储于该虚拟内存设备的根文件系统中。

由于虚拟内存设备每次掉电后，上面的信息将丢失，因此为了将根文件系统存放在上面，必须对虚拟内存设备进行格式化以及文件系统的创建，并将其挂载到相应的目录。当将虚拟内存设备格式化后，则先处理系统包，即将存储在启动介质中的系统包释放到这个虚拟内存设备上。接着，判断启动介质上的释放标志是否存在，如果存在，说明相应的配置包已经释放到对应的存储位置上了，则跳过不处理；反之则需要释放配置包。由于在系统启动时，释放标志都是不存在的，因此第一次启动系统时总会将配置包释放出来。通过控制这个释放标志，就可以控制是否对系统进行还原。

当完成了以上的所有工作后，执行代码将引导Linux切换根文件系统到虚拟内存设备中。切换过后，系统将执行剩下所有的引导工作，系统接下来都运行于虚拟内存设备之上，直到目标系统关闭。

为使本申请技术方案的技术原理、特点以及技术效果更加清楚，以下结合具体实施例对本申请技术方案进行详细阐述。

本申请实施例提供的一种快速启动及运行Linux的方法流程如图3所示，包括：

步骤301：选择RedhatLinuxEnterpriseEdition发行版生成原型系统，并按照该发行版系统的安装流程将系统安装到第一计算机系统中，成功后进入步骤302。

步骤302：启动并登录进入原型系统，然后从原型系统中提取必需的文件。

具体如下几个子步骤所述：

子步骤302-a：将系统运行过程中从来不会变化的文件生成名为sys.tar.gz的根文件系统压缩包，以下称之为“系统包”。

子步骤302-b：对于配置文件（这类型的文件由于在目标系统上需要根据实际情况进行重新配置，因此需要变动及保存）生成名字为etc.tar.gz的压缩包，以下称之为“配置包”。

为了使整个过程自动完成，上面的两个子步骤被编写成统一的执行代码执行。

步骤303：选择SATA接口的模块化磁盘（DOM，DiskOnModule，）或者USB接口的磁盘作为启动介质，在启动介质上安装启动代码。

该步骤具体包括：

子步骤303-a：将启动介质按照合适的大小分成两个分区。其中第一个分区保存步骤302生成的两个文件包，即系统包与配置包。第二个分区用于存储Linux启动所需要的所有其他文件，etc.tar.gz文件也将被解压后释放到启动介质的第二个分区上。

子步骤303-b：利用启动代码安装程序，将启动代码安装到这个启动介质上。

启动代码不表现为一个文件，因此不需要以文件的形式存储在某个分区中。在计算机启动时，计算本身的固化程序会从启动介质的某个区域读取启动代码并执行，并最终引导到相应的操作系统。这个区域并不在任何一个分区的范围之内，且一般都存储在启动介质最开始的一段存储区域内。

子步骤303-c：将系统包sys.tar.gz以及配置包etc.tar.gz复制到启动介质的第一个分区。同时更改Linux的启动脚本，使其能够在启动到第一阶段时能够调用专用的脚本代码执行文件rootify.sh。

步骤304：将启动介质接入到作为目标设备的第二计算机系统上并启动目标设备。当系统启动并装载了临时根文件系统后，将会调用本发明所专用的脚本代码，即执行rootify.sh脚本。

该脚本执行如图4所示的步骤：

步骤401：将启动介质第一个分区挂载到/mnt目录。

步骤402：检查是否存在sys.tar.gz以及etc.tar.gz两个文件，如果有文件缺失，进入步骤411输出报错信息，并退出系统启动过程；否则进入步骤403。

步骤403：检查系统中是否存在虚拟内存设备/dev/zram。虚拟内存设备是可以提供实时内存压缩功能的虚拟内存设备，存储于其上的数据首先需要经过压缩。如果不存在，则进入步骤411输出报错信息，并退出系统启动过程；否则执行步骤404。

步骤404：在/dev/zram设备上创建ext4文件系统，完成后将其挂载到目录/zram下，然后进入步骤405。

步骤405：将启动介质第一个分区上的sys.tar.gz解压释放到/zram目录下，向/zram目录下写入数据，即等于向/dev/zram写数据，写入/dev/zram的数据将被压缩后再存储，完成解压释放后然后进入步骤406。

步骤406：挂载启动介质的第二个分区到/sysvol目录下。该目录用于释放etc.tar.gz文件。

步骤407：检查/sysvol目录中是否存在释放标志文件restore.stub，如果存在这个文件，则说明在这个系统已经释放过etc.tar.gz文件，则进入步骤409。如果restore.stub不存在，执行步骤408。

步骤408：将etc.tar.gz文件解压释放到/sysvol目录下，并创建restore.stub文件，然后执行步骤409。

步骤409：将虚拟内存设备/dev/zram指定为根文件系统，并将记录写入到Linux系统中的/etc/fstab表文件，该记录用于通知Linux新的根文件系统存储于指定的设备/dev/zram上，然后进入步骤410。

步骤410：运行到这里，说明所有的启动过程准备工作已经执行完成，然后启动根文件系统切换工作，使Linux进入新的根文件系统中运行。

通过实施本申请技术方案可以达到如下效果：

1.由于目标系统是以压缩包的方式提供，因此对于目标介质的存储容量的要求可以降低，从而可以节省启动介质的成本。在安装目标系统时只需要复制对应的系统包与配置包，及安装启动代码，因此对于系统的批量生产与部署将非常迅速。

2.由于系统执行在虚拟内存设备之中，因此系统的执行将非常高效。而且由于虚拟内存设备有实时压缩的功能，存储在该设备上的数据都经过压缩，因此消耗的内存可以大大减少。

3.由于将系统包分成系统包与配置包，并且在启动时可以根据情况是否释放配置包的数据，通过控制释放标志文件就可以做到快速地还原系统。

4.由于目标系统是以压缩包的形式存在，当原型系统进行了更新或者升级，只需要按照相同的步骤制作生成相应的压缩包，然后替换掉启动介质上相应的压缩包，即可完成系统的升级与更新，可以方便地进行维护。

5.由于系统关键部分是运行于内存之上的，因此对于有意无意的篡改导致的问题，会在重新启动后全部还原，能够快速恢复系统状态，使系统受影响的时间最小，损失最小。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请的保护范围，凡在本申请技术方案的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种快速启动及运行Linux的方法，其特征在于，预先制作启动介质，所述启动介质分成两个分区，其中第一个分区保存两个压缩包，第一压缩包存储根文件系统的只读文件，第二压缩包存储根文件系统的配置文件，所述根文件系统包括运行Linux系统所必须的文件；所述启动介质还存储引导代码；该方法包括如下步骤：

A、将启动介质插入到目标计算机设备的适当接口中，目标计算机设备上电后，启动介质中的引导代码引导目标计算机设备运行临时根文件系统；

B、在目标计算机设备建立具备实时压缩功能的虚拟内存设备，对虚拟内存设备进行格式化并创建文件系统，将所述第一压缩包解压释放到所述虚拟内存设备中，并将第二压缩包解压释放到启动介质的第二分区；

C、引导目标计算机设备从临时根文件系统切换到存储于所述虚拟内存设备的根文件系统中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制作启动介质包括：

在第一计算机系统安装和配置Linux系统，并安装目标计算机系统所需要的应用程序；

从第一计算机系统的文件中提取根文件系统，所述根文件系统包括运行Linux系统所必须的所有文件；将根文件系统制作成两个压缩包，第一压缩包存储的是根文件系统的只读文件，第二压缩包存储根文件系统的配置文件；

在启动介质上安装启动代码，使启动介质能够引导Linux系统；将所述第一压缩包和第二压缩包复制到启动介质上的第一个分区。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤B将第二压缩包解压释放到启动介质的第二个分区之前，进一步包括：

判断启动介质上的释放标志是否存在，若是，则跳转至步骤C；否则，执行所述将第二压缩包解压释放到启动介质的第二个分区的步骤。