面向移动存储的微型桌面Linux系统研究与实现

论文摘要

随着USB3.0标准的发布,数据传输速率大幅提高,存储容量不断增大,USB接口的移动存储设备由于其体积小,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。开源的Linux操作系统具有高可靠性和安全性、广泛的硬件支持、灵活实用和可定制性等特点,使得Linux桌面系统在办公应用方面也逐步受到人们的青睐。为了满足便携式移动办公的需求,在USB接口的移动存储设备上实现一个微型Linux桌面系统就极为重要。把标准Linux发行版系统安装到USB盘上,将占用约2GB的存储空间,并且许多软件在移动办公中并不需要,而需要的办公软件却没有,这种情况反而增大了USB盘的磨损,另外由于USB设备初始化的延迟性,也可能造成USB盘上Linux系统的启动失败。同时,人们从数据安全性角度考虑,也希望在不使用原有宿主机操作系统和数据的前提下进行便捷的移动办公。本文针对在构建系统时USB盘与普通硬盘相比的特殊性,通过源码定制软件包,提出了在USB接口的移动存储设备上构建Linux微型桌面操作系统的方法。该系统是基于X86硬件平台,具有日常办公、网络应用、音乐视频播放等常用功能,并最终将整个系统封装为一个只读镜像文件。在系统启动时,在内存中架设临时根文件系统,并加载系统镜像文件。本系统对存储设备的文件系统格式没有任何特定的限制。这样不仅节约存储空间,而且方便其他操作系统对USB存储设备的读写,使其具有很好的通用性与扩展性。本文的主要工作如下:①分析提出了基于USB盘的微型桌面Linux系统架构,以源码方式构建了包括文本界面基本系统和图形用户桌面系统的整个小型、轻量级系统,并对整个文件系统进行了精简与优化。②成功使用带LZMA算法的SquashFS压缩只读文件系统,实现了整个系统的最小化封装,并通过AUFS联合文件系统实现了系统的可写。③分析在USB上直接启动Linux系统的关键性问题,提出了相应的解决方案,定制了特定的内核、模块和Initrd初始化内存盘镜像,将整个微型系统移植到USB盘,最后成功启动并能正常工作。实验证明,本系统在具有USB接口启动功能的各种主流品牌台式计算机、笔记本和兼容机上都能成功运行。通过对比实验得出,本系统与国内外主流Linux Live CD发行版相比,在系统所占磁盘空间、所需内存大小、启动速度等方面性能更佳,满足了便捷、高效的移动办公需求。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题提出及研究意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目的和研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 2 相关技术
• 2.1 Linux 简介
• 2.1.1 Linux 常见版本
• 2.1.2 Linux 的特点
• 2.1.3 Linux 内核
• 2.2 特殊文件系统
• 2.2.1 CramFS
• 2.2.2 SquashFS+LZMA
• 2.2.3 AUFS 联合文件系统
• 2.3 Initrd 初始化内存盘
• 3 系统设计
• 3.1 系统启动引导
• 3.1.1 系统的启动过程
• 3.1.2 启动引导管理器
• 3.2 基本Linux 系统
• 3.2.1 基本Linux 系统的组成
• 3.2.2 USB 驱动模块
• 3.2.3 构建根文件系统方法
• 3.2.4 构建Linux 基本系统的原理
• 3.3 图形桌面系统
• 3.3.1 X Window
• 3.3.2 X 工具包
• 3.3.3 窗口管理器和桌面环境
• 3.3.4 桌面应用软件的选型
• 3.4 文件系统的优化
• 3.4.1 对atime 的处理
• 3.4.2 调整页面缓冲机制
• 3.4.3 其他设置
• 4 微型桌面系统的实现
• 4.1 构建基本Linux 系统
• 4.1.1 构建前的准备工作
• 4.1.2 安装系统基础软件
• 4.1.3 设置系统启动脚本
• 4.2 编译内核与模块
• 4.2.1 基本模块的编译
• 4.2.2 特殊文件系统模块的编译与安装
• 4.3 制作 Initrd 镜像
• 4.3.1 创建Initrd 中根文件系统
• 4.3.2 创建 Initrd 中 init 文件
• 4.3.3 生成Initrd 镜像文件
• 4.4 构建微型桌面系统
• 4.4.1 Xorg 的安装与配置
• 4.4.2 GTK+平台的搭建
• 4.4.3 XFCE 桌面环境的搭建
• 4.4.4 桌面应用软件安装与配置
• 4.5 系统在USB 盘的实现
• 4.5.1 文件系统的精简
• 4.5.2 系统镜像的制作
• 4.5.3 USB 盘Linux 系统的最终实现
• 5 系统运行效果及测试
• 5.1 系统运行效果
• 5.2 平台多样性测试
• 5.2.1 测试硬件平台
• 5.2.2 测试结果
• 5.3 对比实验
• 5.3.1 测试硬件平台
• 5.3.2 对比测试
• 5.3.3 实验结果
• 5.4 结论
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目