在前面的文章中介紹《Linux操做系統啓動過程》，而Linux系統的根文件系統（root file system）的掛載過程則是其中一個重要環節，下面這部份內容來自於網絡，經整理分享以下，但願能給這部份知識點比較迷茫的朋友一點幫助。html
1、rootfs的種類
總的來講，rootfs分爲兩種：虛擬rootfs和真實rootfs。如今kernel的發展趨勢是將更多的功能放到用戶空間完成。以保持內核的精簡。虛擬rootfs也是各linux發行廠商廣泛採用的一種方式。能夠將一部份的初始化工做放在虛擬的rootfs裏完成。而後切換到真實的文件系統。
在虛擬rootfs的發展過程當中。又有如下幾個版本：linux
- initramfs: Initramfs是在 kernel 2.5中引入的技術，實際上它的含義就是：在內核鏡像中附加一個cpio包，這個cpio包中包含了一個小型的文件系統，當內核啓動時，內核將這個cpio包解開，而且將其中包含的文件系統釋放到rootfs中，內核中的一部分初始化代碼會放到這個文件系統中，做爲用戶層進程來執行。這樣帶來的明顯的好處是精簡了內核的初始化代碼，並且使得內核的初始化過程更容易定製。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: 傳統格式的rootfs
2、rootfs文件系統的掛載過程
這裏說的rootfs不一樣於上面分析的rootfs。這裏指的是系統初始化時的根結點。即/結點。它是其於內存的rootfs文件系統。這部份以前在>和文件系統中已經分析過。爲了知識的連貫性這裏再重複一次。shell
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Start_kernel()àmnt_init():
void
__init mnt_init(
void
)
{
……
……
init_rootfs();
init_mount_tree();
}
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Init_rootfs的代碼以下：網絡
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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;
}
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這個函數很簡單，就是註冊了rootfs的文件系統。
init_mount_tree()代碼以下：less
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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);
}
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在這裏，將rootfs文件系統掛載。它的掛載點默認爲」/」.最後切換進程的根目錄和當前目錄爲」/」.這也就是根目錄的由來。不過這裏只是初始化。等掛載完具體的文件系統以後，通常都會將根目錄切換到具體的文件系統。因此在系統啓動以後，用mount命令是看不到rootfs的掛載信息的.運維
3、虛擬文件系統的掛載
根目錄已經掛上去了，能夠掛載具體的文件系統了.
在start_kernel()àrest_init()àkernel_init():async
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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;
}
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do_basic_setup()是一個很關鍵的函數，全部直接編譯在kernel中的模塊都是由它啓動的。代碼片斷以下：函數
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static
void
__init do_basic_setup(
void
)
{
/* drivers will send hotplug events */
init_workqueues();
usermodehelper_init();
driver_init();
init_irq_proc();
do_initcalls();
}
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Do_initcalls()用來啓動全部在__initcall_start和__initcall_end段的函數，而靜態編譯進內核的modules也會將其入口放置在這段區間裏。
跟根文件系統相關的初始化函數都會由rootfs_initcall（）所引用。注意到有如下初始化函數：post
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rootfs_initcall(populate_rootfs);
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也就是說會在系統初始化的時候會調用populate_rootfs進行初始化。代碼以下：atom
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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;
}
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unpack_to_rootfs：顧名思義就是解壓包，並將其釋放至rootfs。它實際上有兩個功能，一個是釋放包，一個是查看包，看其是否屬於cpio結構的包。功能選擇是根據最後的一個參數來區分的.
在這個函數裏，對應咱們以前分析的三種虛擬根文件系統的狀況。一種是跟kernel融爲一體的initramfs.在編譯kernel的時候，經過連接腳本將其存放在__initramfs_start至__initramfs_end的區域。這種狀況下，直接調用unpack_to_rootfs將其釋放到根目錄.若是不是屬於這種形式的。也就是__initramfs_start和__initramfs_end的值相等，長度爲零。不會作任何處理。退出.
對應後兩種狀況。從代碼中看到，必需要配製CONFIG_BLK_DEV_RAM纔會支持image-initrd。不然全當成cpio-initrd的形式處理。
對因而cpio-initrd的狀況。直接將其釋放到根目錄。對因而image-initrd的狀況。將其釋放到/initrd.image.最後將initrd內存區域納入夥伴系統。這段內存就能夠由操做系統來作其它的用途了。
接下來，內核對這幾種狀況又是怎麼處理的呢？不要着急。往下看：
回到kernel_init()這個函數：
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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;
}
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ramdisk_execute_command:在kernel解析引導參數的時候使用。若是用戶指定了init文件路徑，即便用了「init=」，就會將這個參數值存放到這裏。
若是沒有指定init文件路徑。默認爲/init
對應於前面一段的分析，咱們知道，對於initramdisk和cpio-initrd的狀況，都會將虛擬根文件系統釋放到根目錄。若是這些虛擬文件系統裏有/init這個文件。就會轉入到init_post()。
Init_post()代碼以下：
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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."
);
}
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從代碼中能夠看中，會依次執行指定的init文件，若是失敗，就會執行/sbin/init, /etc/init, /bin/init, /bin/sh
注意的是，run_init_process在調用相應程序運行的時候，用的是kernel_execve。也就是說調用進程會替換當前進程。只要上述任意一個文件調用成功，就不會返回到這個函數。若是上面幾個文件都沒法執行。打印出沒有找到init文件的錯誤。
對於image-hdr或者是虛擬文件系統中沒有包含 /init的狀況，會由prepare_namespace()處理。代碼以下：
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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(
"."
);
}
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這裏有幾個比較有意思的處理，首先用戶能夠用root=來指定根文件系統。它的值保存在saved_root_name中。若是用戶指定了以mtd開始的字串作爲它的根文件系統。就會直接去掛載。這個文件是mtdblock的設備文件。
不然將設備結點文件轉換爲ROOT_DEV即設備節點號
而後，轉向initrd_load()執行initrd預處理後，再將具體的根文件系統掛載。
注意到，在這個函數末尾。會調用sys_mount()來移動當前文件系統掛載點到」/」目錄下。而後將根目錄切換到當前目錄。這樣，根文件系統的掛載點就成爲了咱們在用戶空間所看到的」/」了.
對於其它根文件系統的狀況，會先通過initrd的處理。即
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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;
}
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創建一個ROOT_RAM)的設備節點，並將/initrd/.image釋放到這個節點中，/initrd.image的內容，就是咱們以前分析的image-initrd。
若是根文件設備號不是ROOT_RAM0( 用戶指定的根文件系統不是/dev/ram0就會轉入到handle_initrd()
若是當前根文件系統是/dev/ram0.將其直接掛載就行了。
handle_initrd（）代碼以下：
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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"
);
}
}
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先將/dev/ram0掛載，然後執行/linuxrc.等其執行完後。切換根目錄，再掛載具體的根文件系統.
到這裏。文件系統掛載的所有內容就分析完了.
4、小結
在本小節裏。分析了根文件系統的掛載流程。並對幾個虛擬根文件系統的狀況作了詳細的分析。理解這部份，對咱們構建linux嵌入式開發系統是頗有幫助的.
5、參考資料
IBM技術論壇的附根文件系統掛載流程圖：