linux chroot命令 linux chroot命令详解

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。

基本语法

chroot NEWROOT [COMMAND [ARG]...]

具体用法请参考本文的 demo。

为什么要使用 chroot 命令

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。一般会在用户登录前应用 chroot，把用户的访问能力控制在一定的范围之内。

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。

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，本文的最后一个 demo 会详细的介绍这种用法。

通过 chroot 运行 busybox 工具

busybox 包含了丰富的工具，我们可以把这些工具放置在一个目录下，然后通过 chroot 构造出一个 mini 系统。简单起见我们直接使用 docker 的 busybox 镜像打包的文件系统。先在当前目录下创建一个目录 rootfs：

$ mkdir rootfs

然后把 busybox 镜像中的文件释放到这个目录中：

$ (docker export $(docker create busybox) | tar -C rootfs -xvf -)

通过 ls 命令查看 rootfs 文件夹下的内容：

$ ls rootfs

万事俱备，让我们开始吧！

执行 chroot 后的 ls 命令

$ sudo chroot rootfs /bin/ls

虽然输出结果与刚才执行的 ls rootfs 命令形同，但是这次运行的命令却是 rootfs/bin/ls。

运行 chroot 后的 pwd 命令

$ sudo chroot rootfs /bin/pwd

哈，pwd 命令真把 rootfs 目录当根目录了！

不带命令执行 chroot

$ sudo chroot rootfs

这次出错了，因为找不到 /bin/bash。我们知道 busybox 中是不包含 bash 的，但是 chroot 命令为什么会找 bash 命令呢？ 原来，如果不给 chroot 指定执行的命令，默认它会执行 '${SHELL} -i'，而我的系统中 ${SHELL} 为 /bin/bash。

既然 busybox 中没有 bash，我们只好指定 /bin/sh 来执行 shell 了。

$ sudo chroot rootfs /bin/sh

运行 sh 是没有问题的，并且我们打印出了当前进程的 PID。

检查程序是否运行在 chroot 环境下

虽然我们做了好几个实验，但是肯定会有朋友心存疑问，怎么能证明我们运行的命令就是在 chroot 目录后的路径中呢？
其实，我们可以通过 /proc 目录下的文件检查进程的中的根目录，比如我们可以通过下面的代码检查上面运行的 /bin/sh 命令的根目录(请在另外一个 shell 中执行)：

$ pid=$(pidof -s sh)
$ sudo ls -ld /proc/$pid/root

输出中的内容明确的指出 PID 为 46644 的进程的根目录被映射到了 /tmp/rootfs 目录。

通过代码理解 chroot 命令

下面我们尝试自己实现一个 chroot 程序，代码中涉及到两个函数，分别是 chroot() 函数和 chdir() 函数，其实真正的 chroot 命令也是通过调用它们实现的：

#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;
  }

  if(chroot(argv[1])) {
    perror("chroot");
    return 1;
  }
 
  if(chdir("/")) {
    perror("chdir");
    return 1;
  }
 
  if(argc == 2) {
    // hardcode /bin/sh for my busybox tools.
    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;
}

把上面的代码保存到文件 mychroot.c 文件中，并执行下面的命令进行编译：

$ gcc -Wall mychroot.c -o mychroot

mychroot 的用法和 chroot 基本相同：

$ sudo ./mychroot ./rootfs

特别之处是我们的 mychroot 在没有传递命令的情况下执行了 /bin/sh，原因当然是为了支持我们的 busybox 工具集，笔者在代码中 hardcode 了默认的 shell：

argv[0] = (char *)"/bin/sh";

从代码中我们也可以看到，实现 chroot 命令的核心逻辑其实并不复杂。

实例：通过 chroot 重新设置 root 密码

忘记了 root 密码该怎么办？接下来的 demo 将演示如何通过 chroot 命令重新设置 centos7 中被忘记了的 root 密码。
systemd 的管理机制中，rescure 模式和 emeryency 模式是无法直接取得 root 权限的，需要使用 root 密码才能进入 rescure 和 emeryency 环境。所以我们需要通过其他方式来设置 root 密码。我们可以为内核的启动指定 "rd.break" 参数，从而让系统在启动的早期停下来，此时我们可以通过使用 root 权限并结合 chroot 命令完成设置 root 密码的操作。下面我们一起来看具体的操作过程。

在系统启动过程中进入开机菜单时按下字母键 e 进程开机菜单的编辑模式：

这就是系统的开机菜单，按下 e 后进入编辑界面：

找到以 "linux16 /vmlinuz-" 开头的行。如果默认没有看到该行，需要按向下键把它滚动出来。
然后定位到该行结尾处，输入一个空格和字符串 "rd.break"，如下图所示：

接着按下 ctrl + x 以该设置继续启动，启动过程中操作系统会停下来，这是系统启动过程中的一个非常早的时间点：

所以系统的根目录还挂载在 RAM disk 上(就是内存中的一个文件系统)，我们可以通过 mount 命令检查系统当前挂载的文件系统，下面是我们比较关心的两条：

上图中 mount 命令输出的第一行说明此时的根目录在一个 RAM disk 中, 即 rootfs。
图中输出的第二行说明我们的文件系统此时被挂载到了 /sysroot 目录，并且是只读的模式：

而在我们正常登陆系统的情况下，系统根目录的挂载情况如下：

该时间点的最大优势是我们具有 root 权限！所以让我们开始设置新的 root 密码吧。

先通过下面的命令把 /sysroot 重新挂载为可读写的模式：

switch_root:/# mount -o remount,rw /sysroot

然后用下面 chroot 命令把根目录切换到我们原来的环境中：

switch_root:/# chroot /sysroot

此时可以理解为：我们以 root 权限登录了原来的系统，修改密码就很容易了！用下面的命令为 root 用户设置新的密码：

sh-4.2# echo "new_root_pw" | passwd --stdin root

接下来还要处理 SELinux 相关的问题。由于当前的环境中 SELinux 并未启动，所以我们对文件的修改可能造成文件的 context 不正确。为了确保开机时重新设定 SELinux context，必須在根目录下添加隐藏文件 .autorelabel：

sh-4.2# touch /.autorelabel

最后从 chroot 中退出，并重启系统：

sh-4.2# exit
switch_root:/# reboot

重新进入登陆界面时就可以使用刚才设置的密码以 root 登陆了！

总结

chroot 是一个很有意思的命令，我们可以用它来简单的实现文件系统的隔离。但在一个容器技术繁荣的时代，用 chroot 来进行资源的隔离实在是 low 了点。所以 chroot 的主要用途还是集中在系统救援、维护等一些特殊的场景中。