第一次体验 Linux From Scratch (LFS)

Linux From Scratch (LFS) 是一个以手册的形式存在的 Linux 发行版，它提供了一组软件包（源码）供用户下载，按照手册中的指令一步步操作，就可以获得一个自己编译出来的 Linux 系统。 本文记录了作者在自己动手的过程中遇到的问题和解决方法。

编译 LFS 的过程可以分为 3 个部分：

• 准备工作：创建分区、下载软件包等
• 准备“交叉编译”需要的编译器和必要的辅助工具
• 编译各种软件和 Linux 内核

第一部分：在主机 (Host) 上做的准备

在 LFS 准备好之前，编译是在 Host 上进行的，需要 Host 本身具有 GCC 等工具。 （作者一开始是用 Ubuntu Live CD 作 Host 的，后面转移到了 Manjaro 上。）

安装必需的工具

对于 Ubuntu Live CD，需要安装 build-essential bison texinfo gawk 这几个软件包。同时，

/bin/sh should be a symbolic or hard link to bash

这个在 Ubuntu 里可以通过 dpkg 来设置：

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sudo dpkg-reconfigure dash

创建新的硬盘分区

为了方便，作者直接使用了 GParted 这个 GUI 工具，它的操作非常简单，并且支持 resize 现有分区。 作者的硬盘上本身安装了 Manjaro Linux 这个系统，它的 /boot/efi 和 Swap 分区都可以和 LFS 共用，所以只需要创建一个新分区用于 LFS 的根目录。

创建好后，将根目录对应的分区挂载到 $LFS 路径下。 Swap 分区可能正在被 Host 使用，如果执行 swapon 命令，会得到 swapon failed: Device or resource busy 的错误信息。实际上，挂载 Swap 分区在这里不是必须的。

作者从 USTC mirror 上下载了 lfs-packages-12.0.tar 这个压缩包，里面包含了所有的软件包，还有手册中提到的 Patches，这些 Patches 是成功编译所必需的。 最新的 Security Advisories 对应的 Patches 则需要额外下载。

在根目录中创建文件夹

创建好后，$LFS 目录中将会出现这些文件夹：

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[bin]  etc  [lib]  lib64  [sbin]  sources  tools  usr  var

[] 表示符号链接，/bin 实际上指向 /usr/bin，另外两目录 /lib 和 /sbin 也是这样。

添加临时用户

这里添加的是 Host 系统中的用户，并不是 LFS 系统上的，添加这个非 root 用户是为了编译下面几个工具的时候避免用 root 用户导致潜在的风险。 同时，手册上还为这个临时用户定义了一些有用的变量：

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LFS=/mnt/lfs
LC_ALL=POSIX
LFS_TGT=$(uname -m)-lfs-linux-gnu

第二部分：准备 LFS 系统中的编译工具

这一部分编译的软件包是下一步——构造正式系统中的软件——所必须的，主要就是 GCC 和 Glibc。

首先，我们是在 Host 系统上编译 LFS 中的 GCC，虽然 Host 和 LFS 实际上可以共用同一套编译工具（都是 x86_64 架构和 Linux 系统），但是手册故意把它们视为两个不同的平台，并且给 LFS 设置了自己的 Triplet。 交叉编译过程是这样的：

其次，GCC 和 Glibc 存在相互依赖的关系：Glibc 本身需要被编译，从而需要 GCC；GCC 需要的 libgcc 和 libstdc++ 又需要链接 Glibc。

为了解决这个先有鸡还是先有蛋的问题，需要进行多次编译：

• 首先，用 cc1 构建一个功能不完全的 libgcc，它缺少线程和异常处理等功能。
• 然后，使用这个功能不完善的 libgcc 构建 Glibc（Glibc 本身是完整的），并且构建 libstdc++（缺少一些 libgcc 的功能）。
• 最后，重新构建具有完整功能的 libgcc 和 libstdc++。

第三部分：编译 LFS 系统中的所有软件

这一部分非常枯燥，就是按照手册中给的指令一一编译安装几十个软件。由于作者的 Manjaro Linux (Host System) 有 GRUB，可以不必在 LFS 里面再次安装 GRUB 了。 编译完实在太累了，直接跳过了 Stripping 这个步骤。

为了系统能够正常工作，还需要进行一些设置。

设备管理

这里有一些关于网络和键盘的设置，由于作者压根没准备上网，所以根本没仔细看，只生成了 /etc/hosts 和 /etc/resolv.conf 这两个文件，文件的具体内容参考了 Host 上的这两个文件。

Linux Console 的设置手册没有直接给出（可能是因为对于英文键盘不需要什么额外的配置）。 由于作者用的是 U.S. Keyboard，所以没有设置 FONT 和 KEYMAP 这些，只是添加了 UNICODE 选项。

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# Begin /etc/sysconfig/console
UNICODE="1"
# End /etc/sysconfig/console

创建 /etc/fstab 文件

这个文件是用来获取默认挂载的分区的，手册已经给出了一个例子。 除了根目录和 Swap 分区外，作者还添加了自己的 /boot/efi 到这个文件中（因为看到 Host 的这个文件中出现了 /boot/efi）。 设置好后是下面这样：

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# Begin /etc/fstab

# file system  mount-point    type     options             dump  fsck
#                                                                order

/dev/nvme0n1p1 /boot/efi      vfat     umask=0077          0     2
/dev/nvme0n1p3 /              ext4     defaults            1     1
/dev/nvme0n1p4 swap           swap     pri=1               0     0
proc           /proc          proc     nosuid,noexec,nodev 0     0
sysfs          /sys           sysfs    nosuid,noexec,nodev 0     0
devpts         /dev/pts       devpts   gid=5,mode=620      0     0
tmpfs          /run           tmpfs    defaults            0     0
devtmpfs       /dev           devtmpfs mode=0755,nosuid    0     0
tmpfs          /dev/shm       tmpfs    nosuid,nodev        0     0
cgroup2        /sys/fs/cgroup cgroup2  nosuid,noexec,nodev 0     0

# End /etc/fstab

编译 Linux 内核

这里需要根据手册的指示，在 menuconfig 中修改编译选项，最后生成一个 .config 文件。 由于我们希望通过 UEFI 模式启动，所以除了 LFS 中给出的配置外，还需要按照 BLFS 中给出的配置进行修改。

使用 GRUB 配置启动引导

首先，LFS 中的 GRUB 还有后面的启动设置都是针对 BIOS 模式的，如果要使用 UEFI 模式，需要按照 BLFS (Beyond Linux From Scratch) 手册的对应内容编译和配置 GRUB。

其次，可以直接用 Host System 上的 GRUB 进行配置，将 LFS 添加到启动菜单中。有了 os-prober 工具的帮助，只需要执行一条指令即可完成引导配置。

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grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg