NanoBSD 简介
摘要
本文撰写了有关 NanoBSD 工具的信息，NanoBSD 用于为嵌入式应用程序创建 FreeBSD 系统映像，适用于 USB 密钥、存储卡或其他大容量存储介质。
1. NanoBSD 介绍
NanoBSD 是由 Poul-Henning Kamp [phk@FreeBSD.org] 开发的工具，目前由 Warner Losh [imp@FreeBSD.org] 维护。它创建一个用于嵌入式应用的 FreeBSD 系统映像，适用于 USB 密钥、存储卡或其他大容量存储介质。
它可以用来构建专门的安装映像，旨在便于安装和维护通常称为“计算机家电”的系统。计算机家电将硬件和软件捆绑在一起，这意味着所有应用程序都是预先安装好的。家电设备连接到现有网络后，可以（几乎）立即开始工作。
NanoBSD 的特点包括：
Port 和包的使用与 FreeBSD 相同 - 每个应用程序都可以像在 FreeBSD 中一样安装并使用。
无功能丢失 - 如果在 FreeBSD 中可以做某件事，那么在 NanoBSD 中也能做到，除非在创建 NanoBSD 映像时明确移除了特定的功能或特性。
运行时一切为只读 - 即使在系统非正常关机后，拔掉电源也安全，不需要运行 fsck(8)。
易于构建和定制 - 仅需一个 shell 脚本和一个配置文件，就可以构建满足任意需求的精简定制映像。
2. NanoBSD 使用手册
2.1. NanoBSD 的设计
映像文件被放置在介质上后，就可以启动 NanoBSD。大容量存储介质默认分为三个部分：
两个映像分区：
code#1和code#2。配置文件分区，可以在运行时挂载到 /cfg 目录下。
这些分区通常是只读挂载的。
/etc 和 /var 目录是 md(4)（malloc）磁盘。
配置文件分区在 /cfg 目录下持久化。它包含 /etc 目录的文件，在系统启动后会简短地以只读方式挂载，因此，如果希望修改后的文件在系统重启后仍然存在，需要将修改后的文件从 /etc 复制回 /cfg 目录。
示例 1. 对 /etc/resolv.conf 进行持久化更改
注意
配置文件分区 /cfg 应该仅在启动时或覆盖配置文件时挂载。始终保持 /cfg 挂载并不是一个好主意，尤其是在 NanoBSD 系统运行在可能因大量写入而受影响的大容量存储介质上时（例如，当文件系统同步器将数据刷新到系统磁盘时）。
2.2. 构建 NanoBSD 映像
构建 NanoBSD 需要 FreeBSD 的源代码。获取源代码的命令为：
更多详细信息，请参阅 这里 的步骤。
NanoBSD 映像是通过一个简单的 nanobsd.sh shell 脚本构建的，该脚本位于 /usr/src/tools/tools/nanobsd 目录中。该脚本可创建映像，可以使用 dd(1) 工具将其复制到存储介质中。
构建 NanoBSD 映像所需的命令为：
① 将当前目录更改为 NanoBSD 构建脚本的基础目录。
② 启动构建过程。
③ 将当前目录更改为存放构建好映像的目录。
④ 将 NanoBSD 安装到存储介质上。
2.2.1. 构建 NanoBSD 映像时的选项
在构建 NanoBSD 映像时，可以在命令行传递多个构建选项。这些选项对构建过程有显著影响。
一些选项用于控制输出的详细程度：
-h：打印帮助摘要页面。-q：使输出更静默。-v：使输出更加详细。
还有一些选项可以限制构建过程。有时不需要从源代码重建所有内容，特别是当映像已经构建并且只做了少量修改时。
-k：不构建内核。-w：不构建世界。-b：既不构建内核也不构建世界。-i：完全不构建磁盘映像。由于文件不会被创建，因此无法使用 dd(1) 将其复制到存储介质。-f：不构建第一个分区的磁盘映像（对于升级目的很有用）。-n：向buildworld和buildkernel添加-DNO_CLEAN参数。还会保留先前构建中已经构建的所有文件。
可以使用配置文件调整任何所需的元素。使用 -c 加载配置文件。
最后的选项是：
-K：不安装内核。没有内核的磁盘映像将无法完成正常的启动过程。
2.2.2. 完整的映像构建过程
完整的映像构建过程经过多个步骤。实际执行的步骤将取决于开始运行脚本时所选择的选项。如果脚本在没有任何特定选项的情况下运行，以下是将发生的步骤：
run_early_customize：在提供的配置文件中定义的命令。clean_build：通过删除先前构建的文件来清理构建环境。make_conf_build：从CONF_WORLD和CONF_BUILD变量组合生成 make.conf 文件。build_world：构建世界。build_kernel：构建内核文件。clean_world：清理目标目录。make_conf_install：从CONF_WORLD和CONF_INSTALL变量组合生成 make.conf 文件。install_world：安装buildworld期间构建的所有文件。install_etc：根据make distribution命令安装 /etc 目录中的必要文件。setup_nanobsd_etc：此时开始进行与 NanoBSD 相关的首次配置。创建 /etc/diskless 并将根文件系统定义为只读。install_kernel：安装内核和模块文件。run_customize：调用用户定义的所有自定义例程。setup_nanobsd：设置特殊的配置目录布局。将 /usr/local/etc 移动到 /etc/local，并从 /etc/local 创建符号链接到 /usr/local/etc。prune_usr：删除 /usr 中的空目录。run_late_customize：此时可以运行最后的自定义脚本。fixup_before_diskimage：列出所有安装的文件并生成 metalog。create_diskimage：根据提供的磁盘几何参数创建实际的磁盘映像。last_orders：目前无操作。
2.3. 定制 NanoBSD 映像
这可能是 NanoBSD 最重要也是最有趣的功能。在使用 NanoBSD 开发时，你将花费大部分时间在这一部分。
以下命令会强制 nanobsd.sh 从当前目录中的 myconf.nano 配置文件读取配置：
定制有两种方式：
配置选项
自定义函数
2.3.1. 配置选项
通过配置设置，可以配置传递给 NanoBSD 构建过程中的 buildworld 和 installworld 阶段的选项，以及传递给 NanoBSD 主构建过程的内部选项。通过这些选项，可以将系统缩减至仅适用于 64MB 的存储空间。你可以使用配置选项进一步精简 FreeBSD，直到只剩下内核和两个或三个用户空间文件。
配置文件由配置选项组成，这些选项会覆盖默认值。最重要的指令包括：
NANO_NAME- 构建名称（用于构造工作目录名称）。NANO_SRC- 用于构建映像的源代码树路径。NANO_KERNEL- 用于构建内核的内核配置文件名称。CONF_BUILD- 传递给buildworld阶段的选项。CONF_INSTALL- 传递给installworld阶段的选项。CONF_WORLD- 传递给buildworld和installworld阶段的选项。FlashDevice- 定义使用的媒体类型。有关更多细节，请查看 FlashDevice.sub。
根据所需的 NanoBSD 类型，还有许多其他可能相关的配置选项。
2.3.1.1. 一般定制
设计上有三个阶段可以进行更改，这些更改会影响构建过程，只需在提供的配置文件中设置相应的变量：
run_early_customize：在其他任何操作之前。run_customize：所有标准文件已布置之后。run_late_customize：在实际 NanoBSD 映像构建之前的最后阶段。
为了在任何这些步骤中定制 NanoBSD 映像，最好为相应的变量添加一个特定的值。
NANO_EARLY_CUSTOMIZE 变量在构建过程的第一步使用。此时，尚无示例说明如何使用该变量，但未来可能会有所变化。
NANO_CUSTOMIZE 变量在内核、世界和 etc 配置文件已安装，并且 etc 文件已设置为 NanoBSD 安装时使用。因此，这是构建过程中的正确步骤，可以在此步骤调整配置选项并添加包，例如在 cust_nobeastie 示例中所示。
NANO_LATE_CUSTOMIZE 变量在磁盘映像创建之前使用，因此这是更改任何内容的最后时刻。请记住，setup_nanobsd 例程已执行，etc、conf 和 cfg 目录及其子目录已修改，因此此时不应更改它们。相反，可以在此时添加或删除特定的文件。
2.3.1.2. 启动选项
还有一些变量可以改变 NanoBSD 映像的启动方式。两个选项会传递给 boot0cfg(8) 来初始化磁盘映像的启动扇区：
NANO_BOOT0CFGNANO_BOOTLOADER
通过 NANO_BOOTLOADER 可以选择一个引导加载程序文件。最常见的选项是 boot0sio 和 boot0，具体选择取决于设备是否有串口。最好避免提供一个不同的引导加载程序，但这是可能的。如果要这样做，最好查看 FreeBSD Handbook 中关于启动过程的章节。
通过 NANO_BOOT0CFG，可以调整启动过程，比如选择 NanoBSD 映像实际从哪个分区启动。修改此变量的默认值之前，最好查看 boot0cfg(8) 页面。一个可能有用的更改是启动过程的超时设置。为此，可以将 NANO_BOOT0CFG 变量更改为 "-o packet -s 1 -m 3 -t 36"。这样启动过程大约在 2 秒后开始，因为等待 10 秒钟再启动是比较少见的需求。
值得注意的是，NANO_BOOT2CFG 变量仅在 cust_comconsole 例程中使用，当设备有串口且所有控制台输入输出都必须通过串口进行时，可以在 NANO_CUSTOMIZE 步骤中调用此例程。请确保检查串口的相关参数，设置错误的参数可能会导致其无法使用。
2.3.1.3. 磁盘映像创建
在启动过程的最后，是磁盘映像的创建。通过此步骤，NanoBSD 脚本会生成一个可以直接复制到设备上的磁盘映像文件，这样设备就可以启动并开始工作。
有许多变量需要正确设置，才能使脚本生成一个可用的磁盘映像。
NANO_DRIVE变量必须在运行时设置为媒体的驱动器名称。通常，默认值ada0代表设备上的第一个IDE/ATA/SATA设备是正确的，但也可以使用不同类型的存储设备，如 USB 驱动器，此时应使用da0。NANO_MEDIASIZE变量必须设置为将要使用的存储媒体的大小（以 512 字节扇区为单位）。如果设置错误，NanoBSD 映像可能无法启动，启动时会显示有关磁盘几何形状不正确的警告信息。/etc、/var 和 /tmp 目录在启动时作为 md(4)（malloc）磁盘分配；因此，它们的大小可以根据设备需求进行调整。
NANO_RAM_ETCSIZE变量设置 /etc 的大小；而NANO_RAM_TMPVARSIZE变量设置 /var 和 /tmp 目录的大小，因为 /tmp 被符号链接到 /var/tmp。默认情况下，这两个 malloc 磁盘的大小分别为 20MB。它们可以随时更改，但通常 /etc 的大小不会增长太多，因此 20MB 是一个不错的起点，而 /var 和特别是 /tmp 可能会变得更大，因此在使用时需要小心。对于内存受限的系统，可以选择较小的文件系统大小。由于 NanoBSD 主要设计用于构建嵌入式设备的系统映像，假设使用的存储媒体将相对较小。因此，所布置的文件系统配置为具有较小的块大小（4KB）和较小的碎片大小（512B）。可以通过
NANO_NEWFS变量修改文件系统的配置选项，但语法必须遵循 newfs(8) 命令格式。此外，默认情况下，文件系统启用了软更新。可以查看 FreeBSD Handbook 了解更多相关信息。通过使用
NANO_CODESIZE、NANO_CONFSIZE和NANO_DATASIZE变量，可以设置不同的分区大小，单位为 512 字节扇区。NANO_CODESIZE定义了前两个映像分区的大小：code#1和code#2。它们必须足够大，以容纳buildworld和buildkernel过程产生的所有文件。NANO_CONFSIZE定义了配置文件分区的大小，因此不需要很大，但不要设置得太小，以至于无法容纳所有配置文件。最后，NANO_DATASIZE定义了一个可选分区的大小，可以在设备上使用。最后一个分区可以用来存储动态生成的文件。
2.3.2. 自定义函数
可以使用配置文件中的 shell 函数来精细调整 NanoBSD。以下示例演示了自定义函数的基本模型：
一个更有用的自定义函数示例如下，它将 /etc 目录的默认大小从 5MB 更改为 30MB：
有一些预定义的默认自定义函数可以直接使用：
cust_comconsole- 禁用 getty(8) 在 VGA 设备（/dev/ttyv* 设备节点）上的使用，并启用 COM1 串口作为系统控制台。cust_allow_ssh_root- 允许root用户通过 sshd(8) 登录。cust_install_files- 从 nanobsd/Files 目录安装文件，该目录包含一些用于系统管理的有用脚本。cust_pkgng- 从 nanobsd/Pkg 目录安装包（还需要pkg-*包来引导安装）。
2.3.3. 添加包
可以向 NanoBSD 映像添加包，以提供特定的功能。为此，可以：
将
cust_pkgng添加到NANO_CUSTOMIZE变量中，或在自定义配置文件中添加
'customize_cmd cust_pkgng'命令。
这两种方法都能达到相同的结果：启动 cust_pkgng 例程。该例程将遍历 NANO_PACKAGE_DIR 目录，查找所有包或仅查找 NANO_PACKAGE_LIST 变量中的包列表。
在标准的 FreeBSD 环境中通过 pkg 安装应用程序时，安装过程通常会将配置文件放入 /usr/local/etc 目录，将启动脚本放入 /usr/local/etc/rc.d 目录。因此，在安装所需的包之后，需要对它们进行配置，以便它们可以直接开箱即用。为此，必须将必要的配置文件安装到正确的目录中。这可以通过编写专门的例程来实现，或者可以使用通用的 cust_install_files 例程，从 /usr/src/tools/tools/nanobsd/Files 目录正确放置文件。通常，还需要在 /etc/rc.conf 文件中为每个包添加一条语句，有时需要多条语句。
2.3.4. 配置文件示例
构建自定义 NanoBSD 映像的完整配置文件示例如下：
所有构建和安装编译选项都可以在 src.conf(5) 手册页中找到，但并不是所有选项都可以或应该在构建 NanoBSD 映像时使用。构建和安装选项应根据要构建的映像的需求进行定义。
例如，ftp 客户端和服务器可能不需要。将 WITHOUT_FTP=TRUE 添加到 CONF_BUILD 部分的配置文件中，可以避免构建这些组件。此外，如果 NanoBSD 器件不用于构建程序，则可以在 CONF_INSTALL 部分中添加 WITHOUT_BINUTILS=TRUE，但不要在 CONF_BUILD 部分中添加，因为它们将在构建 NanoBSD 映像时使用。
通过编译选项不构建某些特定程序，能缩短整体构建时间并减小磁盘映像的所需大小，而不安装这些特定程序则不会减少整体构建时间。
2.4. 更新 NanoBSD
NanoBSD 的更新过程相对简单：
按照通常的方式构建新的 NanoBSD 映像。
将新映像上传到运行中的 NanoBSD 设备的一个未使用的分区。 这一步与最初安装 NanoBSD 的主要区别在于，现在使用的是 _.disk.image 映像（它包含的是单一系统分区的映像），而不是 _.disk.full（它包含整个磁盘的映像）。
重启，并从新安装的分区启动系统。
如果一切顺利，升级完成。
如果出现问题，重新启动回到以前的分区（它包含旧的、正常工作的映像），以尽快恢复系统功能。修复新版本中的任何问题，然后重复该过程。
要将新映像安装到正在运行的 NanoBSD 系统中，可以使用 /root 目录中的 updatep1 或 updatep2 脚本，具体取决于当前系统运行的分区。
根据托管新 NanoBSD 映像的主机上可用的服务和首选的传输类型，可以选择以下三种方式之一：
2.4.1. 使用 ftp(1)
如果传输速度是首要考虑因素，请使用以下示例：
2.4.2. 使用 ssh(1)
如果首选安全传输，请考虑使用以下示例：
2.4.3. 使用 nc(1)
如果远程主机没有运行 ftpd(8) 或 sshd(8) 服务，可以尝试以下示例：
首先，在提供映像的主机上打开一个 TCP 监听端口，并使其将映像发送到客户端：
注意
确保没有防火墙阻止使用的端口，以便 NanoBSD 主机能够接收来自该端口的连接。
连接到提供新映像的主机，并执行 updatep1 脚本：
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