製作純文字介面的Debian免安裝映像檔｜開機直接進入文件系統｜bootstrap製作Debian ISO

某些使用情境下，為了節省大量的安裝時間，及確保每台機器的安裝設定的一致性，製作一個免安裝版的映像檔就非常有必要了。

這次Violet來教大家如何製作純文字介面的免安裝ISO檔，同時也會說明如何使用指定的Kernel版本。

教學使用的作業系統為Debian11 bullseye，Kernel版本為5.10.166。

本篇文章適合無製作經驗的人參考，但需要對linux的開機順序有一定程度的了解，至少要知道什麼是root filesystem, kernel及initrd等。

清楚製作的需求後，接下來一起來看看本次的目標。

目標

1. 使用bootstrap建構Debian11 bullseye rootfs，並打包成squashfs格式
   產生的映像：filesystem.squashfs
2. 編譯Kernel 5.10.166
   產生的映像：vmlinuz
3. 編譯busybox-1.36.1
   產生的映像：busybox
4. 編寫init檔，並與busybox和rootfs打包成initrd.gz
   產生的映像：initrd.gz
5. 編寫 isolinux.cfg 引導程式設定文件，並將其與上面產生出來的 initrd.gz、vmlinuz、rootfs 和其他必要的引導檔案一起打包成 ISO 檔，這個ISO檔就是我們最終拿來開機的image
   產生的映像：debian11-customer.iso
6. 使用Vitrual Box來掛載debian11-customer.iso，開機後會自動進入Debian11系統，輸入以下指令來查看版本，以確認image製作成功
   檢查作業系統版本：cat /etc/os-release
   檢查內核版本：uname -a

也就是說，我們需要分別製作kernel, initrd.gz, busybox, root filesystem，將這些檔案放入指定位置，最後打包成ISO檔，ISO檔的結構如下：

debian11-customer.iso
└── iso/ (${ISO_DIR})
    ├── vmlinuz
    ├── initrd.gz (${INITRD_DIR})
        ├── init
        ├── linuxrc
        ├── live/
            └── filesystem.squashfs
        ├── bin/
            ├── busybox
			      └── ...
        ├── sbin/
            └── ...			  
        └── usr/
            └── ...
    └── isolinux/
        ├── isohdpfx.bin
        ├── isolinux.bin
        ├── isolinux.cfg
        ├── ldlinux.c32
        ├── libutil.c32
        └── menu.c32

製作步驟

知道ISO檔的結構後，我們只要將所有檔案都按照這個結構來放入，最後打包起來就完成了，如果到這邊都能讀懂的話，那麼接下來的步驟就都不會有太大問題了。

環境建置

2) 確定在編譯環境是Debian 11後，開始安裝必要的安裝包

sudo apt install git-lfs
sudo apt install build-essential libncurses-dev bison flex libssl-dev libelf-dev bc
sudo apt install rsync
sudo apt install debootstrap squashfs-tools
apt install busybox-static

3) 建立專案資料夾，在此資料夾裡新建相關檔案，bootstrap_debian就是我們製作的${ROOT_DIR}

mkdir bootstrap_debian
cd ​bootstrap_debian

製作rootfs

1) 建一個 Debian rootfs（這裡以 bullseye 為例）

debootstrap --arch=amd64 bullseye ./live-rootfs http://deb.debian.org/debian/

2) 將Debian rootfs打包成 squashfs格式，並放入指定的ISO檔目錄結構中

mkdir live/
mksquashfs ./live-rootfs ./live/filesystem.squashfs -e boot

製作vmlinuz

1) 建置kernek資料夾，下載 kernel 5.10.166到此資料夾(這邊想要改成其他kernel也可以，確認好自己的下載版本即可，但也要確認你所下載的版本是否能與Debian 11相容)

mkdir kernel
cd kernel
wget --no-check-certificate https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.10.166.tar.xz

2) 解壓縮剛剛下載的檔案

tar -xf linux-5.10.166.tar.xz

3) 進入kernel source code的根目錄

cd linux-5.10.166

4) 調整自己想要的kernel config，可以修改.config或者下指令make menuconfig來操作。這邊列出幾個比較重要的config設定：

• 關閉BTF及Enable loadable module suppor設定
• 開啟以下設定

CONFIG_NET=y
CONFIG_UNIX=y
CONFIG_NETLINK=y
CONFIG_UEVENT_HELPER=y
CONFIG_DEVTMPFS=y

5) 調整完後，確保config生效後再編譯

make olddefconfig make -j2

6) 編譯完成後，打包成.deb檔，編譯完後會產生類似的檔案linux-image-5.10.166_amd64.deb

make -j$(nproc) bindeb-pkg

7) 這個deb檔是kernel的更新檔，檔可以在現成的Debian系統上直接使用dpkg命令來安裝，但我們的目標是想要包成ISO檔，因此需要取出裡面的vmlinuz

ar x linux-image-5.10.166_amd64.deb
tar -xf data.tar.xz ./boot/vmlinuz-5.10.166

這裡的vmlinuz-5.10.166就是我們要的vmlinuz了，將其放到指定的ISO檔目錄結構中

cp -r boot/vmlinuz-5.10.166 ${ROOT_DIR}/iso/vmlinuz​

製作busybox

1) 下載busybox並解壓縮

wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.36.1.tar.bz2
tar -xvjf busybox-1.36.1.tar.bz2

2) 進入busybox資料夾，在菜單中，啟用「Build static binary (no shared libs)」選項，並編譯靜態資料庫的busybox

cd busybox-1.36.1
make defconfig
make menuconfig
make

3) 編譯完成後，可在busybox的根目錄下找到busybox，將其放入指定的ISO檔目錄結構中，並在該目錄下安裝
${BUSYBOX_DIR}為你編譯busybox的目錄，Violet的busybox目錄是busybox-1.36.1
${INITRD_DIR}為之後要製作成initrd.gz的目錄

make -C ${BUSYBOX_DIR} CONFIG_PREFIX=${INITRD_DIR} install

產生isolinux資料夾裡的檔案

1) isolinux資料夾裡的檔案，除了isolinux.cfg之外，都可以在我們的Debian編譯環境中找到，找到後，將這些檔案放入指定的ISO檔目錄結構中。這些檔案是grub啟動時需要用到的，如果沒有會造成開機失敗

mkdir isolinux
#確保資料夾裡面有以下檔案，檔案都從Debian編譯環境中複製過來
  ├── isohdpfx.bin
  ├── isolinux.bin
  ├── ldlinux.c32
  ├── libutil.c32
  └── menu.c32

2) isolinux.cfg是開機的引導程式設定文件，需要根據自己的需求來設定，以下是範例

# D-I config version 2.0
# search path for the c32 support libraries (libcom32, libutil etc.)

UI menu.c32
PROMPT 0
TIMEOUT 50
DEFAULT linux

LABEL linux
    menu label ^Boot Kernel 5.10.166 (Violet build)
    kernel /vmlinuz
    append initrd=/initrd.gz root=/dev/sdb1 rw init=/bin/sh console=tty0,115200 quiet

製作initrd.gz

1) 上面的映像檔及必要檔案都製作完畢後，接下來要來編寫rootfs的初始化流程，也就是init檔，以下是範例

#!/bin/sh

mkdir -p /proc /sys /dev /mnt
mkdir -p /mnt/sys/fs/cgroup
mkdir -p /mnt/sys/fs/cgroup/systemd
mkdir -p /mnt/run

mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
mount -t devtmpfs none /dev

echo "Mounting rootfs.squashfs..."
mount -t squashfs -o loop /live/filesystem.squashfs /mnt || {
  echo "Mount failed!"
  exec sh
}

mount --bind /dev /mnt/dev
mount --bind /proc /mnt/proc
mount --bind /sys /mnt/sys

echo "Switching to new root..."
exec switch_root /mnt /sbin/init

2) 編寫完成後，務必確認好檔案都就緒，接著進入要打包成initrd.gz的目錄，開始打包initrd.gz

find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip > ${ISO_DIR}/initrd.gz

3) 當之後測試開機有問題時，可以使用指令來檢查打包的inird.gz結構是否正確

lsinitramfs ${ISO_DIR}/initrd.gz

使用xorriso來製作ISO檔

mkdir build_image
xorriso -as mkisofs \
  -o build_image/debian11-customer.iso \
  -isohybrid-mbr isolinux/isohdpfx.bin \
  -c isolinux/boot.cat \
  -b isolinux/isolinux.bin \
  -no-emul-boot -boot-load-size 4 -boot-info-table \
  -J -R -V "Debian 11 Custom kernel" \
  live-rootfs

成功後，就可以拿這個debian11-customer.iso到另一台全新的虛擬機上測試是否能正常開機了，開機後要能直接進入到Debian11的環境，進入後查看版本是否正確

cat /etc/os-release #檢查作業系統版本
uname -a #檢查內核版本

完成

以上就是本次的步驟做法，如有任何問題，也歡迎留言提出討論哦～

感謝您耐心閱讀~
本專題將會持續收錄Violet的職場筆記。
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