st1\:*{behavior:url(#ieooui) }

一：

前段時間在編譯kernel的時候發(fā)現(xiàn)rootfs掛載不上。相同的root選項設(shè)置舊版的image卻可以。為了徹底解決這個問題。研究了一下rootfs的掛載過程。特總結(jié)如下,希望能給這部份知識點比較迷茫的朋友一點幫助。

二：rootfs的種類

總的來說，rootfs分為兩種：虛擬rootfs和真實rootfs.現(xiàn)在kernel的發(fā)展趨勢是將更多的功能放到用戶空間完成。以保持內(nèi)核的精簡。虛擬rootfs也是各linux發(fā)行廠商普遍采用的一種方式。可以將一部份的初始化工作放在虛擬的rootfs里完成。然后切換到真實的文件系統(tǒng).

在虛擬rootfs的發(fā)展過程中。又有以下幾個版本：

initramfs:

Initramfs是在 kernel 2.5中引入的技術(shù)，實際上它的含義就是：在內(nèi)核鏡像中附加一個cpio包，這個cpio包中包含了一個小型的文件系統(tǒng)，當(dāng)內(nèi)核啟動時，內(nèi)核將這個cpio包解開，并且將其中包含的文件系統(tǒng)釋放到rootfs中，內(nèi)核中的一部分初始化代碼會放到這個文件系統(tǒng)中，作為用戶層進程來執(zhí)行。這樣帶來的明顯的好處是精簡了內(nèi)核的初始化代碼，而且使得內(nèi)核的初始化過程更容易定制。這種這種方式的rootfs是包含在kernel image之中的.

cpio-initrd: cpio格式的rootfs

image-initrd:傳統(tǒng)格式的rootfs

關(guān)于這兩種虛擬文件系統(tǒng)的制作請自行參閱其它資料

三：rootfs文件系統(tǒng)的掛載過程

這里說的rootfs不同于上面分析的rootfs。這里指的是系統(tǒng)初始化時的根結(jié)點。即/結(jié)點。它是其于內(nèi)存的rootfs文件系統(tǒng)。這部份之前在>和文件系統(tǒng)中已經(jīng)分析過。為了知識的連貫性這里再重復(fù)一次。

Start_kernel()àmnt_init():

void __init mnt_init(void)

{

……

……

init_rootfs();

init_mount_tree();

}

Init_rootfs的代碼如下：

int __init init_rootfs(void)

{

int err;

err = bdi_init(&ramfs_backing_dev_info);

if (err)

return err;

err = register_filesystem(&rootfs_fs_type);

if (err)

bdi_destroy(&ramfs_backing_dev_info);

return err;

}

這個函數(shù)很簡單。就是注冊了rootfs的文件系統(tǒng).

init_mount_tree()代碼如下：

static void __init init_mount_tree(void)

{

struct vfsmount *mnt;

struct mnt_namespace *ns;

struct path root;

mnt = do_kern_mount("rootfs", 0, "rootfs", NULL);

if (IS_ERR(mnt))

panic("Can't create rootfs");

ns = kmalloc(sizeof(*ns), GFP_KERNEL);

if (!ns)

panic("Can't allocate initial namespace");

atomic_set(&ns->count, 1);

INIT_LIST_HEAD(&ns->list);

init_waitqueue_head(&ns->poll);

ns->event = 0;

list_add(&mnt->mnt_list, &ns->list);

ns->root = mnt;

mnt->mnt_ns = ns;

init_task.nsproxy->mnt_ns = ns;

get_mnt_ns(ns);

root.mnt = ns->root;

root.dentry = ns->root->mnt_root;

set_fs_pwd(current->fs, &root);

set_fs_root(current->fs, &root);

}

在這里，將rootfs文件系統(tǒng)掛載。它的掛載點默認為”/”.最后切換進程的根目錄和當(dāng)前目錄為”/”.這也就是根目錄的由來。不過這里只是初始化。等掛載完具體的文件系統(tǒng)之后，一般都會將根目錄切換到具體的文件系統(tǒng)。所以在系統(tǒng)啟動之后，用mount命令是看不到rootfs的掛載信息的.

四：虛擬文件系統(tǒng)的掛載

根目錄已經(jīng)掛上去了，可以掛載具體的文件系統(tǒng)了.

在start_kernel()àrest_init()àkernel_init():

static int __init kernel_init(void * unused)

{

……

……

do_basic_setup();

if (!ramdisk_execute_command)

ramdisk_execute_command = "/init";

if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {

ramdisk_execute_command = NULL;

prepare_namespace();

}

/*

* Ok, we have completed the initial bootup, and

* we're essentially up and running. Get rid of the

* initmem segments and start the user-mode stuff..

*/

init_post();

return 0;

}

do_basic_setup()是一個很關(guān)鍵的函數(shù)，所有直接編譯在kernel中的模塊都是由它啟動的。代碼片段如下：

static void __init do_basic_setup(void)

{

/* drivers will send hotplug events */

init_workqueues();

usermodehelper_init();

driver_init();

init_irq_proc();

do_initcalls();

}

Do_initcalls()用來啟動所有在__initcall_start和__initcall_end段的函數(shù)，而靜態(tài)編譯進內(nèi)核的modules也會將其入口放置在這段區(qū)間里。

跟根文件系統(tǒng)相關(guān)的初始化函數(shù)都會由rootfs_initcall（）所引用。注意到有以下初始化函數(shù)：

rootfs_initcall(populate_rootfs);

也就是說會在系統(tǒng)初始化的時候會調(diào)用populate_rootfs進行初始化。代碼如下：

static int __init populate_rootfs(void)

{

char *err = unpack_to_rootfs(__initramfs_start,

__initramfs_end - __initramfs_start, 0);

if (err)

panic(err);

if (initrd_start) {

#ifdef CONFIG_BLK_DEV_RAM

int fd;

printk(KERN_INFO "checking if image is initramfs...");

err = unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,

initrd_end - initrd_start, 1);

if (!err) {

printk(" it is\n");

unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,

initrd_end - initrd_start, 0);

free_initrd();

return 0;

}

printk("it isn't (%s); looks like an initrd\n", err);

fd = sys_open("/initrd.image", O_WRONLY|O_CREAT, 0700);

if (fd >= 0) {

sys_write(fd, (char *)initrd_start,

initrd_end - initrd_start);

sys_close(fd);

free_initrd();

}

#else

printk(KERN_INFO "Unpacking initramfs...");

err = unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,

initrd_end - initrd_start, 0);

if (err)

panic(err);

printk(" done\n");

free_initrd();

#endif

}

return 0;

}

unpack_to_rootfs：顧名思義就是解壓包，并將其釋放至rootfs。它實際上有兩個功能，一個是釋放包，一個是查看包，看其是否屬于cpio結(jié)構(gòu)的包。功能選擇是根據(jù)最后的一個參數(shù)來區(qū)分的.

在這個函數(shù)里，對應(yīng)我們之前分析的三種虛擬根文件系統(tǒng)的情況。一種是跟kernel融為一體的initramfs.在編譯kernel的時候，通過鏈接腳本將其存放在__initramfs_start至__initramfs_end的區(qū)域。這種情況下，直接調(diào)用unpack_to_rootfs將其釋放到根目錄.如果不是屬于這種形式的。也就是__initramfs_start和__initramfs_end的值相等，長度為零。不會做任何處理。退出.

對應(yīng)后兩種情況。從代碼中看到，必須要配制CONFIG_BLK_DEV_RAM才會支持image-initrd。否則全當(dāng)成cpio-initrd的形式處理。

對于是cpio-initrd的情況。直接將其釋放到根目錄。對于是image-initrd的情況。將其釋放到/initrd.image.最后將initrd內(nèi)存區(qū)域歸入伙伴系統(tǒng)。這段內(nèi)存就可以由操作系統(tǒng)來做其它的用途了。

接下來，內(nèi)核對這幾種情況又是怎么處理的呢？不要著急。往下看：

回到kernel_init()這個函數(shù)：

static int __init kernel_init(void * unused)

{

…….

…….

do_basic_setup();

/*

* check if there is an early userspace init.If yes, let it do all

* the work

*/

if (!ramdisk_execute_command)

ramdisk_execute_command = "/init";

if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {

ramdisk_execute_command = NULL;

prepare_namespace();

}

/*

* Ok, we have completed the initial bootup, and

* we're essentially up and running. Get rid of the

* initmem segments and start the user-mode stuff..

*/

init_post();

return 0;

}

ramdisk_execute_command:在kernel解析引導(dǎo)參數(shù)的時候使用。如果用戶指定了init文件路徑，即使用了“init=”，就會將這個參數(shù)值存放到這里。

如果沒有指定init文件路徑。默認為/init

對應(yīng)于前面一段的分析，我們知道，對于initramdisk和cpio-initrd的情況，都會將虛擬根文件系統(tǒng)釋放到根目錄。如果這些虛擬文件系統(tǒng)里有/init這個文件。就會轉(zhuǎn)入到init_post()。

Init_post()代碼如下：

static int noinline init_post(void)

{

free_initmem();

unlock_kernel();

mark_rodata_ro();

system_state = SYSTEM_RUNNING;

numa_default_policy();

if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0)

(void) sys_dup(0);

(void) sys_dup(0);

if (ramdisk_execute_command) {

run_init_process(ramdisk_execute_command);

printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",

ramdisk_execute_command);

}

/*

* We try each of these until one succeeds.

*

* The Bourne shell can be used instead of init if we are

* trying to recover a really broken machine.

*/

if (execute_command) {

run_init_process(execute_command);

printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s.Attempting "

"defaults...\n", execute_command);

}

run_init_process("/sbin/init");

run_init_process("/etc/init");

run_init_process("/bin/init");

run_init_process("/bin/sh");

panic("No init found.Try passing init= option to kernel.");

}

從代碼中可以看中，會依次執(zhí)行指定的init文件，如果失敗，就會執(zhí)行/sbin/init, /etc/init,, /bin/init,/bin/sh

注意的是，run_init_process在調(diào)用相應(yīng)程序運行的時候，用的是kernel_execve。也就是說調(diào)用進程會替換當(dāng)前進程。只要上述任意一個文件調(diào)用成功，就不會返回到這個函數(shù)。如果上面幾個文件都無法執(zhí)行。打印出沒有找到init文件的錯誤。

對于image-hdr或者是虛擬文件系統(tǒng)中沒有包含 /init的情況，會由prepare_namespace()處理。代碼如下：

void __init prepare_namespace(void)

{

int is_floppy;

if (root_delay) {

printk(KERN_INFO "Waiting %dsec before mounting root device...\n",

root_delay);

ssleep(root_delay);

}

/* wait for the known devices to complete their probing */

while (driver_probe_done() != 0)

msleep(100);

//mtd的處理

md_run_setup();

if (saved_root_name[0]) {

root_device_name = saved_root_name;

if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3)) {

mount_block_root(root_device_name, root_mountflags);

goto out;

}

ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);

if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0)

root_device_name += 5;

}

if (initrd_load())

goto out;

/* wait for any asynchronous scanning to complete */

if ((ROOT_DEV == 0) && root_wait) {

printk(KERN_INFO "Waiting for root device %s...\n",

saved_root_name);

while (driver_probe_done() != 0 ||

(ROOT_DEV = name_to_dev_t(saved_root_name)) == 0)

msleep(100);

}

is_floppy = MAJOR(ROOT_DEV) == FLOPPY_MAJOR;

if (is_floppy && rd_doload && rd_load_disk(0))

ROOT_DEV = Root_RAM0;

mount_root();

out:

sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);

sys_chroot(".");

}

這里有幾個比較有意思的處理，首先用戶可以用root=來指定根文件系統(tǒng)。它的值保存在saved_root_name中。如果用戶指定了以mtd開始的字串做為它的根文件系統(tǒng)。就會直接去掛載。這個文件是mtdblock的設(shè)備文件。

否則將設(shè)備結(jié)點文件轉(zhuǎn)換為ROOT_DEV即設(shè)備節(jié)點號

然后，轉(zhuǎn)向initrd_load()執(zhí)行initrd預(yù)處理后，再將具體的根文件系統(tǒng)掛載。

注意到，在這個函數(shù)末尾。會調(diào)用sys_mount()來移動當(dāng)前文件系統(tǒng)掛載點到”/”目錄下。然后將根目錄切換到當(dāng)前目錄。這樣，根文件系統(tǒng)的掛載點就成為了我們在用戶空間所看到的”/”了.

對于其它根文件系統(tǒng)的情況，會先經(jīng)過initrd的處理。即

int __init initrd_load(void)

{

if (mount_initrd) {

create_dev("/dev/ram", Root_RAM0);

/*

* Load the initrd data into /dev/ram0. Execute it as initrd

* unless /dev/ram0 is supposed to be our actual root device,

* in that case the ram disk is just set up here, and gets

* mounted in the normal path.

*/

if (rd_load_image("/initrd.image") && ROOT_DEV != Root_RAM0) {

sys_unlink("/initrd.image");

handle_initrd();

return 1;

}

}

sys_unlink("/initrd.image");

return 0;

}

建立一個ROOT_RAM)的設(shè)備節(jié)點，并將/initrd/.image釋放到這個節(jié)點中，/initrd.image的內(nèi)容，就是我們之前分析的image-initrd。

如果根文件設(shè)備號不是ROOT_RAM0( 用戶指定的根文件系統(tǒng)不是/dev/ram0就會轉(zhuǎn)入到handle_initrd()

如果當(dāng)前根文件系統(tǒng)是/dev/ram0.將其直接掛載就好了。

handle_initrd（）代碼如下：

static void __init handle_initrd(void)

{

int error;

int pid;

real_root_dev = new_encode_dev(ROOT_DEV);

create_dev("/dev/root.old", Root_RAM0);

/* mount initrd on rootfs' /root */

mount_block_root("/dev/root.old", root_mountflags & ~MS_RDONLY);

sys_mkdir("/old", 0700);

root_fd = sys_open("/", 0, 0);

old_fd = sys_open("/old", 0, 0);

/* move initrd over / and chdir/chroot in initrd root */

sys_chdir("/root");

sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);

sys_chroot(".");

/*

* In case that a resume from disk is carried out by linuxrc or one of

* its children, we need to tell the freezer not to wait for us.

*/

current->flags |= PF_FREEZER_SKIP;

pid = kernel_thread(do_linuxrc, "/linuxrc", SIGCHLD);

if (pid > 0)

while (pid != sys_wait4(-1, NULL, 0, NULL))

yield();

current->flags &= ~PF_FREEZER_SKIP;

/* move initrd to rootfs' /old */

sys_fchdir(old_fd);

sys_mount("/", ".", NULL, MS_MOVE, NULL);

/* switch root and cwd back to / of rootfs */

sys_fchdir(root_fd);

sys_chroot(".");

sys_close(old_fd);

sys_close(root_fd);

if (new_decode_dev(real_root_dev) == Root_RAM0) {

sys_chdir("/old");

return;

}

ROOT_DEV = new_decode_dev(real_root_dev);

mount_root();

printk(KERN_NOTICE "Trying to move old root to /initrd ... ");

error = sys_mount("/old", "/root/initrd", NULL, MS_MOVE, NULL);

if (!error)

printk("okay\n");

else {

int fd = sys_open("/dev/root.old", O_RDWR, 0);

if (error == -ENOENT)

printk("/initrd does not exist. Ignored.\n");

else

printk("failed\n");

printk(KERN_NOTICE "Unmounting old root\n");

sys_umount("/old", MNT_DETACH);

printk(KERN_NOTICE "Trying to free ramdisk memory ... ");

if (fd

error = fd;

} else {

error = sys_ioctl(fd, BLKFLSBUF, 0);

sys_close(fd);

}

printk(!error ? "okay\n" : "failed\n");

}

}

先將/dev/ram0掛載，而后執(zhí)行/linuxrc.等其執(zhí)行完后。切換根目錄，再掛載具體的根文件系統(tǒng).

到這里。文件系統(tǒng)掛載的全部內(nèi)容就分析完了.

五：小結(jié)

在本小節(jié)里。分析了根文件系統(tǒng)的掛載流程。并對幾個虛擬根文件系統(tǒng)的情況做了詳細的分析。理解這部份，對我們構(gòu)建linux嵌入式開發(fā)系統(tǒng)是很有幫助的.

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