前言
在第 3 章中，我们通过手工的方式展示了从零构建根文件系统的过程。在本章中，我们将构建一个相对完善的根文件系统，但是我们不再从零开始，毕竟一旦熟悉了原理后，余下的就是简单的重复了。第 2 章编译工具链时曾通过参数 “–with-sysroot” 指定了目标系统的文件安装的目录，后续所有的为目标系统编译的文件全部安装到了这个目录下。因此，在本章中，我们就基于这个目录下的文件构建运行在真实系统上的根文件系统。
为了更高效地开发调试，我们首先打通了目标系统的网络，建立了宿主系统与目标系统的桥梁，包括配置内核支持网络协议以及网卡驱动，并安装了用户空间的网络配置工具。如此，我们就可以远程登录到目标系统上进行调试，并且可以动态更新文件（除内核和 initramfs 外）而不必再每次都重启系统。
几乎所有的现代操作系统都提供图形用户界面，Linux 也不例外。麻省理工的开发者们为 UNIX 系统开发了 X 窗口系统（X Window System，简称 X 或者 X11）作为图形环境。除了 X 外，另外一个需要关注的图形环境是 Wayland 。虽然 Wayland 的目标是替代 X ，并且开源社区也支持 Wayland 向着这个方向发展，但是 Wayland 距广泛使用还有一段路要走。因此，在本章中，我们依然以目前广泛使用的 X 构建基础的图形环境，并安装了 GTK 作为更上层的图形库。事实上，Wayland 更像是 X 的一次整合或者重构，在第 8 章探讨 Linux 的图形原理时，我们会拿出一点篇幅讨论 Wayland ，在那里我们会看到，Wayland 和 X 之间并无本质区别。
一、初始根文件系统
因为我们使用的是 vita 用户进行编译过程，所以 $SYSROOT 目录下的所有文件的属主和属组都是 vita ，如果对安全问题有顾虑，在最终将其作为根文件系统时，可以将该目录下的所有文件，包括目录的属主和属组，更改为 root 。
另外，为简单起见，我们也没有考虑文件系统的大小。如果是为一个真实的系统制作根文件系统，那么可以考虑进行一些优化，比如对二进制文件和动态库使用命令 strip 删除一些运行时不需要的信息和符号表等；删除那些只是在编译时使用的头文件和静态库；等等。
上面讨论的都不是必须的，如果仅作为一个用于测试的系统，完全可以不必理会，下面是必须要做的几件事。
（1）安装GCC库
在前面编译 GCC 时，我们已经看到，GCC 也将部分底层函数封装到库中，很多程序会使用 GCC 的这些库，因此，我们也将这部分程序安装到根文件系统中。我们只安装运行时使用的动态库及对应的运行时符号链接，当然，系统中并不一定会用到全部这些库，但是简单起见，这里全部安装了：
（2）建立相关目录
在前面讨论从 initramfs 切换到根文件系统时，我们看到，切换程序将最初挂载到文件系统 rootfs 中的 /dev、/run、/proc 和 /sys 目录移动到真正的根文件系统，因此，我们需要在根文件系统上建立这几个目录。另外我们也为 root 用户建立一个属主 root 目录：
（3）构建程序 /sbin/init
在内核初始化的最后，启动的第一个进程要装载用户空间的程序从而切入用户空间，通常这个程序是 /sbin 目录下的 init，因此我们要准备这个程序。为简单起见，我们也使用 shell 脚本编写：
init 启动了一个交互式的 shell 。其中传递的参数 “-l” 是告诉 bash 以登录方式启动，这样可以使 bash 读取在 /etc/profile、~/.profile 等文件中定义的环境变量。同时要确保 init 程序具有可执行权限：
为了让 shell 提示符看上去友好一些，更重要的是为了后面当从宿主系统远程登录到 vita 系统时，方便区分本地终端和登录到 vita 的终端，我们在全局范围的 profile 文件中定义了环境变量 PS1 来控制 shell 提示符的显示内容和风格：
其中，“\u” 告诉 shell 显示当前用户名；“\w” 告诉shell显示完整的工作路径；我们将主机名直接硬编码为 vita，为了便于区分是本地的终端还是登入 vita 的终端；接下来我们给提示符加一点漂亮的颜色，“\e[” 与 “m” 之间的内容表示颜色值，在它们之外包围的 “[” 与 “]” 是保证其内的非打印字符，不占用任何空间。颜色设置的格式为 “[\e[F;B;Cm]” ，其中 F是前景色，B 是背景色，C 是一些表示特殊效果的代码，如下划线、闪烁等。
具体到我们这个例子，其中 31 表示红色，因此，“用户名@vita” 将以红色显示；35 表示洋红，因此工作路径将以洋红色显示。最后，在提示符结束的位置，我们通过 “\e[0m” 将颜色值设定为零，也就是通知终端将前景、背景重置为它们的默认值，以使后续的文字以非彩色显示。
接下来将 $SYSROOT 目录整个复制到虚拟机，因为命令 scp 会跟随符号链接，所以我们采用先压缩、再复制的办法。
二、以读写模式重新挂载文件系统
一般在挂载文件系统之前，将使用工具 fsck 检查文件系统的一致性。如果文件系统中存在错误，则 fsck 会试图修复它们，但是这个过程要求文件系统没有挂载或以只读方式挂载。因此我们在 GRUB 的配置文件 grub.cfg 中经常看到内核的命令行参数中有这么一个字串 “ro” ，其是 “read only” 的简写，目的是告诉内核或 initramfs 最初以只读方式挂载根文件系统。在 Linux 系统进入用户空间、使用工具 fsck 检查文件系统后，然后再以读写方式重新挂载根文件系统。这里我们忽略文件系统检查这一过程，直接以读写模式重新挂载根文件系统。
如果读者没有更改根文件系统中文件的属主和属组为 root ，那么更新 vita 系统的 /sbin/init 程序后，重启系统，我们来检查一下根文件系统是否以读写方式成功挂载了。
三、配置内核支持网络
为了方便宿主系统与目标系统传输文件，并且可以从宿主系统登录到目标系统，目标系统需要支持网络。为此，需要配置目标系统的内核支持 TCP/IP 协议和网卡驱动。
四、启动udev
前面我们将网卡驱动编译为模块，为了自动加载网卡驱动，需要启动 udev，为此需要修改 init 脚本：
这几条命令我们在讨论 initramfs 时已经见过了。事实上，这里启动 udev 服务，不仅是为了加载网卡驱动模块。initramfs 中往往只包含存储介质相关的驱动，而其他大量设备的驱动，大部分还是保存在根文件系统中，所以，在挂载了根文件系统后，需要重新模拟一遍热插拔，从根文件系统中加载相关设备的驱动模块。
五、安装网络配置工具并配置网络
在用户空间中，我们使用工具 ip 来配置网络，工具 ip 包含在软件包 iproute2 中。所以我们首先来编译安装软件包 iproute2 。
iproute2编译安装
六、安装并配置ssh服务
既然网络已经配置好了，一般情况下就不必再通过第三方系统（即虚拟机）更新 vita 系统了，可以直接通过网络和 vita 系统打交道了。当然如果是更新内核、initramfs 或者整个文件系统，还是要通过虚拟机系统的。我们在宿主系统和 vita 系统之间使用 ssh 服务进行通信。因此在这一节，我们为 vita 系统安装并配置 ssh 服务。
我们使用 ssh 协议的开源实现 openssh ，其依赖 zlib 和 openssl ，因此首先编译安装这两个软件包。
使用如下命令编译安装 zlib：
使用如下命令编译安装 openssl：
七、安装 procps
为了方便后面调试，我们在 vita 系统上安装 procps 。该软件包中包含了常用的一些工具，如 ps、kill 等。因为 vita 系统中没有安装 ncurses 库，为简单起见，我们只编译不需要使用 ncurses 库绘制界面的程序，这就是编译 procps 时传递参数 “–without-ncurses” 的目的。
八、安装X窗口系统
UNIX 系统的主要目标就是多用户、多任务，而且允许多个用户远程登录并发执行任务。这种设计哲学同样被带到了 X 窗口系统中。X 的实现者将 X 设计为客户/服务器的架构，应用程序相当于客户端，它们不需要关心具体的显示和用户输入，而由 X 服务器负责管理显示设备和输入设备。应用程序只需要将请求，比如 “绘制一条直线从点A到点B” ，发送给 X 服务器，而由 X 服务器负责将其绘制到具体的显示设备上。X 服务器也会将用户的输入（包括鼠标、键盘等输入事件），转发给对应的应用。
X 将协议相关实现封装到了一个库中，开发者将这个库称为 Xlib 。后来因为效率问题，又开发了 xcb 来替代 Xlib 。Xlib 中封装的只是 X 的核心协议，X 使用扩展的方式扩充 X 协议，其他扩展协议可以在单独的库中实现。
作为类 UNIX 的图形系统的基础，X 的复杂是难以避免的。也恰恰是因为 X 的复杂，很多人提及 X 的安装就会谈虎色变。虽然 X 系统非常庞大，实际上它也是有章可循的。本节笔者就带领读者从头安装一个 X 窗口系统。鉴于 X 的安装过程比较烦琐和复杂，我们提供了一个安装脚本 build-X11.sh 。但是笔者建议读者尽量使用手动的方式安装，这样可以在思考和解决问题中不断提高。遇到自己实在解决不了的问题时再参考这个脚本，从而达到更好的学习效果。
1、安装 M4 宏定义
X 定义了一些公用的 M4 宏，并将它们放在软件包 util-macros 中。X 的各个组件的配置脚本中将使用 M4 宏，因此我们首先来安装 M4 宏，方法如下：
2、安装X协议和扩展
X 包含了多种协议和扩展，为简单起见，Vita 系统不必全部安装。比如禁掉了记录事件的扩展 Record，支持扩展屏幕的协议 Xinerama 及用于屏保的 Screensaver，禁掉了已经过时的 DRI1 等。下面是 vita 系统安装的协议，安装这些协议时没有先后顺序要求。如果不要求 X 服务器支持 DRI2，那么可以安装更少的协议，比如去掉 glproto、dri2proto、damageproto等。
（1）核心协议
Xlib 中的绝大部分编程接口，如 XCreateWindow 、 XMapWindow 、XDrawRectange、XCopyArea 等都是由 X 核心协议定义的。核心协议的定义在软件包 xproto 中。
（2）基本扩展
X 的基本扩展包括：DOUBLE-BUFFER（DBE）、DPMS、Extended-Visual-Information （ EVI ） 、 Generic Event Extension 、 LBX 、 MIT-SHM 、 MIT-SUNDRY-NONSTANDARD、Multi-Buffering、SECURITY、SHAPE、SYNC、TOG-CUP、XC-APPGROUP、XTEST。它们的定义在软件包 xextproto 中。
（3）键盘扩展
键盘扩展定义了键盘的模型、布局，如对于不同的键盘模型，某个键值对应的字符。键盘扩展的定义在软件包 kbproto 中。
（4）输入扩展
输入扩展是为一些特殊的输入设备定义的协议。通过这个扩展，输入设备可以模拟出与鼠标、键盘等核心输入设备相同格式的事件。输入扩展的定义在软件包 inputproto 中。
（5）XCB 协议
鉴于 Xlib 的效率，开发者们开发了更高效的 XCB 来替代 Xlib。XCB 协议是用于这个库的协议，其以 XML 形式定义，并提供 python 程序将这些 XML 描述文件转换为相应的程序代码。XCB 协议的定义在软件包 xcb-proto 中。
（6）GLX 扩展
GLX 扩展定义了 OpenGL 和 X 之间通信的协议。该扩展的定义在软件包 glxproto 中。
（7）DRI2 扩展
DRI2 扩展是 DRI 的第 2 个版本，定义了应用不通过 X 服务器直接使用硬件进行渲染的协议。DRI2 扩展的定义在软件包 dri2proto 中。
（8）XFixes 扩展
从这个扩展的名字也可以看出，这个扩展其实是为解决 X 核心协议存在的各种限制的。该扩展的定义在软件包 fixesproto 中。
（9）Damage 扩展
Damage 扩展是 X 服务器用来记录那些离屏的、发生了变化的绘制区域的协议。Damage 扩展的定义在软件包 damageproto 中。
（10）XC-MISC 扩展
应用可以通过 XC-MISC 扩展获取 X 服务器可用的资源 ID，如 GetXIDRange、GetXIDList 等。该扩展的定义在软件包 xcmiscproto 中。
（11）BIG-REQUESTS 扩展
BIG-REQUESTS 扩展提供了对大于 262140 字节的请求的支持。该扩展的定义在软件包 bigreqsproto 中。
（12）RANDR 扩展
RANDR 扩展定义了动态调整屏幕尺寸、旋转屏幕以及镜像屏幕的协议。X 提供的工具 xrandr 就是这个协议的一个典型使用者。该扩展的定义在软件包 randrproto 中。
（13）RENDER 扩展
RENDER 扩展是 X 使用的较新的渲染模型，用于合成多个绘制区域，相对于原始的通过复制进行合成的模型其更有效率。该扩展的定义在软件包 renderproto 中。
（14）字体扩展
字体扩展定义了 X 中与字体处理相关的协议。字体扩展的定义在软件包 fontsproto 中。
（15）视频扩展
视频扩展定义了 X 的视频输出相关的协议。该扩展的定义在软件包 videoproto 中。
（16）复合扩展
复合扩展是为了 X 支持窗口特效设计的扩展。在没有这个扩展之前，所有的在窗口上的绘制操作都 “实时” 显示在屏幕上。而复合扩展允许窗口可以先在离屏的区域进行绘制。复合扩展的定义在软件包 compositeproto 中。
（17）资源扩展
资源扩展定义了应用程序查询 X 服务器各种资源使用情况的协议。该扩展的定义在软件包 resourceproto 中。
（18）直接图形访问扩展
顾名思义，直接图形访问扩展也是为了直接访问图形硬件设计的协议，不过其功能非常有限，目前基本已经停止开发，但 vesa 驱动还在使用这个扩展。该扩展的定义在软件 xf86dgaproto 中。这些协议的配置安装都非常简单，而且安装命令完全相同。以 xproto 为例，安装命令如下：
3、安装 X 相关库和工具
在安装 X 服务器前，我们需要安装 X 服务器依赖的库、这些库依赖的库以及 X 服务器使用的工具和相关数据。注意，某些库是有安装顺序要求的，比如，libX11 需要在 libxkbfile 前安装，安装 libXfont 前需要先安装 freetype，libdrm、expat 需要在 Mesa 前安装等。读者按照下面的顺序安装即可。
（1）pixman
pixman 是一个底层的像素操作的库，提供图形合成及光栅化等功能，是 X 中软件渲染的基础。
（2）xtrans
xtrans 封装了网络传输的基本功能，从开发角度讲，是 X 服务器和应用程序之间进行通信的基础。X 服务器、libX11 等 X 的相关组件都要用到这个库。
（3）libXau
libXau 是 X 服务器和应用程序之间认证授权使用的库。
（4）libX11、libxcb 和 libpthread-stubs
libX11 是为应用程序提供的 X 协议的实现，应用程序使用 libX11 中提供的 API 和 X 服务器进行通信。
因为 libX11 的效率问题，开发人员又开发了 libxcb 来替换 libX11 。而反过来，libX11 也基于 xcb 进行了改进，所以在安装 libX11 前，需要安装 libxcb。
libxcb 依赖 libpthread-stubs ， 因此在安装 libxcb 前需要先安装 libpthread-stubs。
（5）libxkbfile、xkbcomp 和 xkeyboard-config
这三个包都与键盘扩展相关。X 服务器根据键盘扩展，确定不同键盘模型的键盘的布局、键值到字符的转换等。键盘相关的数据就包含在 xkeyboard-config 中。
而开发者将操作这些数据的功能封装在库 libxkbfile 中。
xkbcomp 包中提供了同名的工具 xkbcomp，该工具根据键盘映射的描述，将键盘映射编译为 X 服务器可以识别的指定格式。
（6）libXfont、libfontenc 和 freetype
这几个库都是与字体处理相关的。开发者将X使用的与字体相关的功能封装在库 libXfont 中。
而 libXfont 使用 freetype 进行字体渲染，使用 libfontenc 处理字体编码。所以安装 libXfont 前需要安装 libfontenc 和 freetype 。
（7）pciaccess
早期版本的GPU的2D驱动，包括X服务器中的一些功能，不通过内核，而是直接访问PCI接口的GPU，这就是这个库的由来。现在虽然GPU驱动都通过内核访问GPU硬件了，但是X服务器中并没有清理得特别干净，还残存着对pciaccess库的依赖。
库libdrm中也使用了部分pciaccess中的功能。比如通过读取PCI寄存器探测BIOS中给GPU分配的显存大小，libdrm借助的就是库pciaccess中的函数。
（8）libdrm
用户空间的组件，如GPU的2D驱动和3D驱动、GLX扩展（包括X服务器端和Mesa端的实现部分）等，都需要通过内核的DRM模块访问GPU。为了方便用户空间的组件访问内核DRM模块，开发者开发了库libdrm。
（9）Mesa、expat、libXext、libXdamage和libXfixes
如果配置X服务器支持DRI2，那么必须要安装Mesa，它是3D应用程序进行直接渲染的基础。
Mesa中的DRI扩展使用Damage扩展告知X服务器绘制完成，因此需要安装libXdamage。
Mesa中的DRI2扩展使用XFixes扩展中的如XFixesCreateRegion创建发生了改变的区域，也就是绘制发生的区域，因此也需要安装库libXfixes。
而在安装扩展前，需要安装库libXext。它是所有扩展的公共库。
另外，Mesa使用expat解析XML，所以安装Mesa前，还需要安装expat。
在安装上述相关库之前，在宿主系统上还需安装几个辅助的软件包。一个是 xkeyboard-config 依赖的 intltool 。另外是 Mesa 依赖的 xutils-dev、flex 和 bison，使用如下命令在宿主系统上安装这几个软件包：
4、安装X服务器
万事俱备，现在我们开始安装X服务器，配置及安装命令如下：
5、安装GPU的2D驱动
如果只是在虚拟机上运行目标系统，安装vesa驱动即可，安装命令如下：
但是如果是在真实的机器上运行目标系统，最好安装相应GPU的2D驱动。在安装脚本 build-X11.sh 中，包含了安装Intel GPU的2D驱动的方法，读者如果需要，可以参考。PC上使用的GPU一般都符合VESA标准，所以在通常情况下，用vesa也能勉强驱动，但是vesa驱动很多特性不支持，比如硬件加速。
深度探索Linux操作系统 —— 构建根文件系统2：https://developer.aliyun.com/article/1598091
