在嵌入式开发或定制系统中，制作一个可用的根文件系统（Root Filesystem）镜像是常见需求之一。本文将详细介绍如何基于 Ubuntu 20.04 构建一个适用于 ARM 架构（如 arm64 或 armhf）的 ext4 格式根文件系统镜像，包括基础系统部署、chroot 环境搭建、软件安装和镜像压缩等完整过程。

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一、准备工作

首先，从 Ubuntu 官方获取针对目标架构的最小系统包：

1. 下载 ubuntu-base

前往官方地址下载 ubuntu-base 包：

• 官网地址： https://cdimage.ubuntu.com/ubuntu-base/releases/20.04/release/

• 对应架构的 tar 包：

  • arm64：ubuntu-base-20.04.4-base-arm64.tar.gz
  • armhf：ubuntu-base-20.04.5-base-armhf.tar.gz

创建根文件系统目录并解压：

mkdir -p rootfs/ubuntu
tar -xpvf ubuntu-base-20.04.4-base-arm64.tar.gz -C rootfs/ubuntu/

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二、配置 chroot 环境

1. 安装 QEMU 模拟器

sudo apt-get install qemu-user-static

拷贝 qemu 仿真器到目标架构根文件系统：

cd rootfs/ubuntu/
cp /usr/bin/qemu-aarch64-static ./usr/bin/
# 如果是 armhf 架构，则使用：
# cp /usr/bin/qemu-arm-static ./usr/bin/

2. 编写挂载脚本 mnt_ubuntu.sh

创建 mnt_ubuntu.sh 脚本：

cd ../../rootfs
vim mnt_ubuntu.sh

内容如下：

#!/bin/bash
mnt() {
    echo "MOUNTING"
    sudo mount -t proc /proc ${2}proc
    sudo mount -t sysfs /sys ${2}sys
    sudo mount -o bind /dev ${2}dev
    sudo mount -o bind /dev/pts ${2}dev/pts
    sudo chroot ${2}
}
umnt() {
    echo "UNMOUNTING"
    sudo umount ${2}proc
    sudo umount ${2}sys
    sudo umount ${2}dev/pts
    sudo umount ${2}dev
}

if [ "$1" == "-m" ] && [ -n "$2" ] ;
then
    mnt $1 $2
elif [ "$1" == "-u" ] && [ -n "$2" ];
then
    umnt $1 $2
else
    echo ""
    echo "Either 1'st, 2'nd or both parameters were missing"
    echo ""
    echo "1'st parameter can be one of these: -m(mount) OR -u(umount)"
    echo "2'nd parameter is the full path of rootfs directory(with trailing '/')"
    echo ""
    echo "For example: ch-mount -m /media/sdcard/"
    echo ""
    echo 1st parameter : ${1}
    echo 2nd parameter : ${2}
fi

赋予可执行权限并进入环境：

chmod +x mnt_ubuntu.sh
./mnt_ubuntu.sh -m ubuntu/

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三、在 chroot 中配置系统环境

在进入 chroot 环境后，执行以下命令配置基本环境：

echo "nameserver 114.114.114.114" > /etc/resolv.conf
echo "hi3798m" > /etc/hostname
echo "Asia/Shanghai" > /etc/timezone
cp /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime

安装常用工具和网络服务：

apt update
apt install vim openssh-server sudo net-tools iputils-ping rsyslog
apt install network-manager ifupdown ethtool

配置网络自动获取 IP：

echo auto eth0 > /etc/network/interfaces.d/eth0
echo iface eth0 inet dhcp >> /etc/network/interfaces.d/eth0

启用 root 用户登录：

echo "PermitRootLogin yes" >> /etc/ssh/sshd_config
passwd root

清理无用缓存：

apt autoremove
apt-get autoclean
apt-get clean
apt clean

最后退出 chroot：

exit

然后卸载挂载点：

./mnt_ubuntu.sh -u ubuntu/

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四、创建 ext4 根文件系统镜像

1. 创建空镜像文件并格式化

mkdir ubuntu_rootfs
dd if=/dev/zero of=ubuntu_ext4_rootfs.img bs=1024 count=716800   # 大小约 700MB
mkfs.ext4 ubuntu_ext4_rootfs.img

2. 挂载镜像并复制根文件系统

mount ubuntu_ext4_rootfs.img ubuntu_rootfs/
cp ./ubuntu/* ./ubuntu_rootfs/ -af
umount ubuntu_rootfs

3. 优化和压缩镜像

e2fsck -p -f ubuntu_ext4_rootfs.img
resize2fs -M ubuntu_ext4_rootfs.img

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五、总结

通过上述步骤，你已经成功构建了一个 Ubuntu 20.04 的 ext4 根文件系统镜像，适用于 arm64 或 armhf 架构的嵌入式设备或虚拟机系统部署。整个过程包括了基础系统下载、模拟器配置、软件安装、网络配置和镜像压缩，是一个标准的定制根文件系统制作流程。