基于USB接口的微型桌面Linux系统设计

　　摘 要：针对便携式移动办公的需求，提出了在USB 接口的移动存储设备上构建Linux 微型桌面 *** 作系统的方法，分析了整个微型桌面系统的构成，并对构建过程中的内核编译、LFS、Squashfs、AUFS、Grub、Initrd、 XFCE等关键技术进行了研究，介绍了移植进USB 盘的方法、系统的启动过程和实现。本系统小型便捷、启动速度快、占用空间低、安全可靠的特点具有较高的应用价值。

　　1 引言

　　随着USB 3.0 标准的发布，存储容量为8GB 至128GB 的USB 接口移动存储设备成为主流。由于USB盘体积小、携带方便、同时具有热插拔功能，给移动数据存储带来了便利。而开源的Linux *** 作系统具有的高可靠性和安全性、广泛的硬件支持、灵活实用的可定制性等特点，使得Linux 桌面系统在办公应用方面也逐步受到人们的青睐。如果在USB 接口的移动存储设备上实现一个Linux 微型桌面系统，将是一个不错选择。然而，将标准的Linux 发行版系统安装在USB盘上，将占用近2G 的存储空间，其中有许多软件我们移动办公并不需要。同时，人们从数据安全性角度的考虑，希望在不使用原有宿主机 *** 作系统和数据的前提下进行便捷的移动办公。因此本文将从LFS 系统开始，在USB 盘上搭建Linux 微型桌面系统，实现 *** 作系统与办公娱乐软件的一体化，并采用squashfs 文件系统压缩技术，对整个系统进行压缩，最后通过grub和initrd 实现系统的启动。

　　2 微型桌面系统的构成

　　本文是在LFS Live CD 6.3 宿主系统上，通过LFS技术构建基本Linux 系统后，使用chroot 命令转入基本系统，完成后续整个桌面系统的搭建。

　　基于USB 盘的微型桌面系统构成如图1 所示，由以下几部分组成的：

　　①启动引导管理器：选用Grub 0.97.Grub 程序是计算机加电启动，引导到USB 盘设备后运行的第一个程序，其目的是将Linux 内核从USB 盘加载到内核中。

　　然后转由内核执行后续 *** 作。

　　②内核：作为Linux *** 作系统的核心，它负责管理进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口、进程间通信，并提供对主板、显卡、网卡、声卡、存储器、USB 设备等驱动的支持。由于是移动系统，面临硬件平台多样性的问题，所以需要将一些常用基本驱动和USB 相关驱动编译进内核，而将squashfs、aufs、声卡、显卡等相关支持以模块的形式动态加载，这样在减少内核镜像大小的同时，提高了系统启动时间。

　　③基本Linux 系统：包括能够正常启动字符界面的基本文件系统结构、最常用的应用程序、基本函数库和相关的配置文件。

　　④图形桌面系统：桌面系统采用xfce4.6.2，并安装如下应用软件：永中office 2009 办公应用软件（集Word、Excel、PowerPoint 于一体）；fcitx 中文输入法；MPlayer 媒体播放软件；网络配置工具软件；远程桌面连接控件软件；QQ;Vnc;实验室自主研发的播放浏览一体化的网络浏览器Hfox［2］;其他软件：图片查看器、文本编辑器、PDF 阅读器、解压缩软件等。

　　

　　图1 基于USB 接口的微型桌面Linux 系统的组成

　　整个微型桌面系统安装完成后要占用大约1.7GB磁盘空间，通过运行mksquashfs 命令压缩成只读系统镜像system.squashfs（约495MB）。

　　3 关键技术

　　3.1 内核编译

　　采用版本为2.6.27.27 的Linux 内核。为使系统更精简，部分模块将不会被编译进内核：声卡驱动模块等。系统将由U 盘引导，需要将SCSI 设备、Usbcore、Usb-storage 、Loopback device support 、RAM disksupport 和Initrd 等编译到内核中。

　　将Squshfs、AUFS 编译成模块，通过Initrd 引导加载。

　　常见的硬盘接口为IDE 和SATA，在Linux 中通常将这两类硬盘标识为不同的盘符名。为了避免内核挂载U 盘根系统出现盘符名不一致的情况，需要将IDE 和SATA 硬盘中盘符统一成/dev/sdX，在内核编译时需要加如下的选项：

　　

　　编译出来的内核会将这两类硬盘同等对待。从而使不同接口硬盘的盘符名在Linux 中都统一为sdX，方便本系统的挂载。

　　3.2 LFS 构建系统

　　LFS（Linux From Scratch 的缩写），是从源代码开始搭建的Linux 系统。LFS 有以下几个优点：

　　①LFS 是非常灵活的，可以根据自身需求定制。

　　②构建的LFS 系统是一个非常紧凑的系统，可以大大节省磁盘空间。

　　③LFS 可自定义安装相关的安全补丁，系统有保障。

　　本文目的是设计一款微型桌面系统，根据其小巧灵活实用的特点，与使用标准的Linux 发行版和使用精简的Linux 系统相比，LFS 更适合。

　　3.3 SquashFS+LZMA 只读压缩系统

　　构建一个小型或嵌入式Linux 系统，存储设备（软盘、U 盘等）的空间资源非常有限，因此压缩应尽可能用在各个方面。

　　SquashFS 是一种在Linux 下使用的只读压缩文件系统，是目前最好的压缩文件系统之一，它的目的是为通用只读文件系统使用。目前，SquashFS 压缩文件系统应用很广，已在Linux Live CD 各发行版、嵌入式系统、以及在服务器及桌面系统中都有着大量的应用。

　　LZMA（Lempel-Ziv-Markov chain-Algorithm 的缩写），是一个Deflate和LZ77算法改良和优化后的压缩算法，是目前最好的压缩算法之一。

　　SquashFS 默认的压缩算法是GZIP，本文中采用给SquashFS 打补丁，使其支持LZMA 算法压缩。实验证明，通过LZMA 算法压缩比GZIP 算法压缩率更高，而压缩时间比GZIP 算法稍长。通过对整个系统采用GZIP 和LZMA 算法进行Squashfs 压缩，在压缩时间和存储空间的比较如表1 如示。

　　表1 两种压缩算法的比较。

　　

　　目前Linux 内核还不支持LZMA，在编译内核时需要将CONFIG_SQUASHFS*中所有值置为N;再单独将带LZMA 支持的Squshfs 编译成模块，通过动态加载方式运行。