理解 chroot
[font=Arial][size=9pt][b]什么是 chroot[/b][/size][/font][font=Arial][size=9pt]chroot，即 change root directory (更改 root 目录)。在 linux 系统中，系统默认的目录结构都是以 `/`，即是以根 (root) 开始的。而在使用 chroot 之后，系统的目录结构将以指定的位置作为 `/` 位置。[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt][b]图 1. Linux 系统的目录结构[/b][/size][/font]
[img=533,467]file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.jpg[/img]
[img=100,1]file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif[/img]
[img=8,6]file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.gif[/img]
[font=Arial][size=9pt][b]为何使用 chroot[/b][/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]在经过 chroot 之后，系统读取到的目录和文件将不在是旧系统根下的而是新根下(即被指定的新的位置)的目录结构和文件，因此它带来的好处大致有以下3个：[/size][/font]
[list=1][*][font=Arial][size=9pt]增加了系统的安全性，限制了用户的权力；
在经过 chroot 之后，在新根下将访问不到旧系统的根目录结构和文件，这样就增强了系统的安全性。这个一般是在登录 (login) 前使用 chroot，以此达到用户不能访问一些特定的文件。[/size][/font][*][font=Arial][size=9pt]建立一个与原系统隔离的系统目录结构，方便用户的开发；
使用 chroot 后，系统读取的是新根下的目录和文件，这是一个与原系统根下文件不相关的目录结构。在这个新的环境中，可以用来测试软件的静态编译以及一些与系统不相关的独立开发。[/size][/font][*][font=Arial][size=9pt]切换系统的根目录位置，引导 Linux 系统启动以及急救系统等。
chroot 的作用就是切换系统的根位置，而这个作用最为明显的是在系统初始引导磁盘的处理过程中使用，从初始 RAM 磁盘 (initrd) 切换系统的根位置并执行真正的 init。另外，当系统出现一些问题时，我们也可以使用 chroot 来切换到一个临时的系统。[/size][/font][/list]
[img=100,1]file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif[/img]
[img=8,6]file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.gif[/img]
[font=Arial][size=9pt][b]chroot 的使用[/b][/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]为了更好的理解 chroot 发挥的作用，我们将尝试指定一个特定的位置进行根目录切换。但是由于在经过 chroot 之后，系统读取到的 bin/ 等与系统相关目录将不再是旧系统根目录下的，而是切换后新根下的目录结构和文件，因此我们有必要准备一些目录结构以及必要的文件。[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 1. 准备切换的目录结构[/b][/size][/font]
[table][tr][td][img=10,1]file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.gif[/img]
[/td][td][font=Arial][size=9pt][b]busybox[/b][/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]Busybox 被称为是嵌入式 Linux 中的瑞士军刀。Busybox 包含了许多有用的命令，如 cat、find 等，但是它的体积却非常的小。[/size][/font]
[/td][/tr][/table]
[font=Arial][size=9pt]$ pwd[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]/home/wstone/Build/work[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]$ tree .[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt].[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]|-- bin[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]| |-- ash -> busybox[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]| |-- bash[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]| `-- busybox[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]|-- etc[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]`-- newhome[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt][color=black]这里使用了静态编译后的 busybox 来提供必要的命令，使用静态编译仅是为了避免动态库文件的拷贝。当然我们也可以拷贝旧系统的下的命令到新的目录结构中使用，但是那些命令通常是动态编译的，这就意味着我们不得不拷贝相关的动态库文件到相应的目录结构中。同时这里的 bash 也非真正的 Bourne Again shell，而是一个执行 ash 的 shell 脚本。在[/color][url=http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-chroot/#_清单_2._位于系统中的_chroot 的使用][color=#0066cc]清单 2[/color][/url][color=black]中，展示了位于旧系统中的 chroot 命令的使用。需要注意的是在使用 chroot 时，要求拥有相关的操作权限。[/color][/size][/font]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 2. 位于系统中的 chroot 的使用[/b][/size][/font]
$ pwd
/home/wstone/Build/work
# chroot .
# pwd
/
# ls
ash: ls: not found
# busybox ls
bin
etc
newhome
3 directories, 3 files
[size=9pt][font=Arial]我们可以看到当前路径(/home/wstone/Build/work/)，在经过 chroot 后转变成了 `/` 目录，同时从新根下读取了与系统相关的目录结构。使用 [/font][font=courier]ls[/font][font=Arial] 命令失败是由于我们创建的测试目录结构中并没有包含命令 [/font][font=courier]ls[/font][font=Arial]，但是我们成功的使用了 busybox 中的 [/font][font=courier]ls[/font][font=Arial]。以上看到的只是 chroot 的一种使用方式，其实标准的 chroot (Coreutils - GNU core utilities 提供的 chroot)使用方式有2种：[/font][/size]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 3. 标准 chroot 的2种使用方式[/b][/size][/font]
[1] chroot NEWROOT [COMMAND...]
[2] chroot OPTION
[size=9pt][font=Arial]刚才我们使用的是方式[2]。这将在没有给定环境时，默认执行 `[/font][font=courier]/bin/sh[/font][font=Arial]`，但是当给定环境后，将运行 `[/font][font=courier]${SHELL} –i[/font][font=Arial]`[/font][font=courier]，即与环境相同的可交互的[/font][font=Arial] shell[/font][font=courier]。我们的目录结构中并没有包含[/font][font=Arial]sh[/font][font=courier]，显然[/font][url=http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-chroot/#_清单_2._位于系统中的_chroot 的使用][font=Arial][color=#0066cc]清单 2[/color][/font][/url][font=Arial]中的 chroot 运行了 `[/font][font=courier]${SHELL} –i[/font][font=Arial]`[/font][font=courier]。当然我们也可以在进行切换时指定需要的命令，即使用方式[/font][font=Arial][1][/font][font=courier]。[/font][/size]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 4. chroot 另一种方式的使用[/b][/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]# chroot . /bin/ash[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]# [/size][/font]
[size=9pt][font=Arial]在[/font][url=http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-chroot/#_清单_4._chroot_另一种方式的使用][font=Arial][color=#0066cc]清单 4[/color][/font][/url][font=Arial] 中，尝试了在经过 chroot 后，执行新目录结构下的 ash shell。不得不说的是，如果新根下的目录结构和文件准备的够充分，那么一个新的简单的 Linux 系统就可以使用了。其实更为常见的是在初始 RAM 磁盘 (initrd)中使用 chroot，以此来执行系统的 [/font][font=courier]init[/font][font=Arial]。[/font][url=http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-chroot/#_清单_5._在_Linux 2.4 内核 initrd 中使用 chr][font=Arial][color=#0066cc]清单 5[/color][/font][/url][font=Arial] 中，展示的是在 Linux 2.4 内核 initrd 中使用 chroot。[/font][/size]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 5. 在 Linux 2.4 内核 initrd 中使用 chroot 的示例[/b][/size][/font]
mount /dev/hda1 /new-root
cd /new-root
pivot_root . old-root
exec chroot . /sbin/init <dev/console >dev/console 2>&1
umount /old-root
[font=Arial][size=9pt]由于 Linux 内核的升级，initrd 处理机制和格式发生了变化，在 Linux 2.6 内核 initrd 中不能再使用 pivot_root，因此一般也不再使用 chroot，而是选择使用 busybox 提供的 switch_root 或者 klibc 提供的 run-init 进行根目录的切换。(这并不是说不能在 Linux 2.6内核 initrd 中使用 chroot，选择 switch_root 或 run-init 仅是出于习惯和方便的考虑。)但是实质上，它们仅是将 chroot 的功能进行了封装，以此更加方便简单的切换根目录。[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 6. 在 Linux 2.6 内核 initrd 中 chroot 的使用[/b][/size][/font]
[1] find -xdev / -exec rm '{}' ';
[2] cd /newmount; mount --move . /; chroot .
[font=Arial][size=9pt][color=black]switch_root 和 run-init 完成了类似[/color][url=http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-chroot/#_清单_6._在_Linux 2.6 内核 initrd 中 chroo][color=#0066cc]清单 6[/color][/url][color=black]中的功能，删除 rootfs 的全部内容以释放空间，以及挂载新的根文件系统并进行切换。在 busybox 和 klibc中也有提供 chroot 命令，只是功能上与 Coreutils (GNU core utilities) 包含的 chroot 有稍许差异。[/color][/size][/font]
[img=100,1]file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif[/img]
[img=8,6]file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.gif[/img]
[font=Arial][size=9pt][b]编写一个 chroot[/b][/size][/font]
[font=Arial][size=9pt]上面介绍了 chroot 及其使用，但是编写一个简单的 chroot 并不复杂，下面我们就尝试编写chroot 以此来更好的认识 chroot 的处理过程，先编写一个粗略的 chroot 然后再完善它的功能。chroot 的编写涉及了2个函数，chroot() 以及 chdir()，它们都包含在 unistd.h 头文件中。[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 7. 编写 chroot 涉及的2个函数[/b][/size][/font]
#include <unistd.h>
int chroot(const char *path);
int chdir(const char *path);
[font=Arial][size=9pt]chroot() 将切换参数 path 所指位置为根目录 (/)，chdir() 用来将当前的工作目录改变成以参数path 所指的目录。以此我们可以编写一个非常粗略的 `chroot`。[/size][/font]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 8. 粗略的 `chroot`[/b][/size][/font]
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
chroot(".");
chdir("/");
char *arrays[]={"ash",NULL};
execvp("ash", arrays);
return 0;
}
[size=9pt][font=Arial]这个粗略的 `chroot` 仅能切换当前位置为根目录，同时默认执行 ash shell，不包含任何的错误处理及警告。编写并保存代码为 [/font][font=courier]test.c[/font][font=Arial]。在[/font][url=http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-chroot/#_清单_9._粗略_`chroot` 的使用][font=Arial][color=#0066cc]清单 9 中[/color][/font][/url][font=Arial]，展示了这个[/font][font=Arial][i]粗略 `chroot`[/i][/font][font=Arial] 的使用情况，成功的进行了根目录的切换。[/font][/size]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 9. 粗略 `chroot` 的使用[/b][/size][/font]
$ gcc -Wall test.c -o test
# ./test
# ls
ash: ls: not found
# busybox ls
bin
etc
newhome
test
test.c
[size=9pt][font=Arial]下面给出功能将近完整的 chroot ，加上了一些错误处理并新增了可执行指定命令的功能。当在没有给出 chroot 切换后要执行的命令时，默认执行 `[/font][font=courier]/bin/sh[/font][font=Arial]`，同时检测环境以确认使用何种 shell。[/font][/size]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 10. 功能完整的 chroot[/b][/size][/font]
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
if(argc<2){
printf("Usage: chroot NEWROOT [COMMAND...] \n");
return 1;
}
printf("newroot = %s\n", argv[1]);
if(chroot(argv[1])) {
perror("chroot");
return 1;
}
if(chdir("/")) {
perror("chdir");
return 1;
}
if(argc == 2) {
argv[0] = getenv("SHELL");
if(!argv[0])
argv[0] = (char *)"/bin/sh";
argv[1] = (char *) "-i";
argv[2] = NULL;
} else {
argv += 2;
}
execvp (argv[0], argv);
printf("chroot: cannot run command `%s`\n", *argv);
return 0;
}
[size=9pt][font=Arial]保存以上代码为 [/font][font=courier]newchroot.c[/font][font=Arial] 文件，编译后运行测试其功能。最后要指出的是，本文中的 `chroot` 并没有使用静态编译。如果有必要(如，在 initrd 中使用 chroot)，chroot 应该使用静态编译，若是使用动态编译，那么要拷贝相关的动态库文件到相应目录结构中。[/font][/size]
[font=Arial][size=9pt][b]清单 11. `newchroot` 的测试[/b][/size][/font]
$ gcc -Wall newchroot.c -o newchroot
# ./newchroot . /bin/ash
newroot = .
#
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