Linux Kernel 2：用戶空間的初始化

上篇咱們知道，kernel初始化後將啓動init進程，那麼這個進程將幹些什麼呢？除此以外，kernel還須要作些什麼事情呢？（想一想文件系統、根存儲設備是在何時初始化的呢？）

先從文件系統初始化提及。之前一直不明白，有了kernel爲什麼還須要一個文件系統？通過反覆琢磨，明白一個道理，kernel加載到內存後，kernel運行起來是沒有問題的，可是若是沒有Root FS，就好像PC上沒有硬盤.....。另外，Linux中不少虛擬文件系統(proc,sys,dev等)都是掛靠在RootFS中的，因此RootFS在Linux中更加關鍵（必要條件簡直就是）。（kernel中的FS是另一個龐大的部分）

一 根文件系統

1 FHS：File system Hierachy Standard：Linux上文件系統佈局的標準，例如 usr目錄大概是幹嘛的，tmp目錄大概是幹嗎的。有空能夠瞧瞧....其實使用LINUX OS多了，天然就理解了。

2 經常使用的文件夾佈局：其實就是ES上廣泛的文件目錄：

• bin;dev;etc;home;lib;sbin;tmp;usr;var;

二 Post Boot

這裏講的是execve init以前的事情，由於源碼中：

• run_init_process("/usr/bin/init")：這個時候已經有FS的佈局了，也就是init程序自己必須放在一個FS中。

三 init

init進程很重要，不過android上的init進程的工做流程比較簡單。這裏介紹非Android上的init。通常它讀取的配置文件是/etc/inittab中（ubuntu上彷佛沒有這個文件了，之後得找個FCore的系統看看）。

另外，這裏還有一個叫run level的概念。見圖1.

圖1 run level

Run level說白了就是將系統運行狀態分紅幾個級別，例如shutdown的時候init須要執行一些操做，reboot的時候須要執行一些操做。

這裏關於Init的東西就不介紹了，不少關於linux系統配置的知識都有涉及。（確實比android的init要複雜多了）

四 Initial RAM Disk

LK在早期初始化的過程當中，須要mount一個FS，目前有新舊兩種方法：

• old方法就是使用initial ram disk，也叫initrd

• new方法就是使用iniramfs

這兩個東西很是常見，我們要好好研究下。

4.1 initrd

這個功能須要配置kernel的編譯選項。
ARM支持將前面的initrd和vmlinux打包到一個image中。實際上只有ARM架構支持。（內核編譯的時候要選擇這一項）。講了這麼多，那麼到底怎麼用呢？

• initrd也是一個image。由bootloader啓動的時候，或者bootloader下載到某個地方

• bootloader把initrd的地址告訴內核。內核啓動時候把這個image解壓並掛載

• 另一種辦法，編譯的時候將initrd和kernel放到一個image中，這種方法只有ARM架構支持。使用這種辦法話，建議用initramfs。注意，android中使用的就是一個kernel+initramfs的單一image。也就是第二種辦法

（這裏有不少細節問題，之後咱們分析源碼再來搞懂它）

BL啓動內核的時候，須要給LK傳遞參數，即告訴LK這個initrd在什麼位置...很簡單不是？

KL如何使用這個initrd呢？

• KL先根據參數指定的initrd地址，將這個image拷貝到內存中，而後解壓，並掛載爲/

• 找到這個disk中的linuxrc文件，而後執行裏邊的語句《====這給了咱們定製化本身ES的好計劃

• 處理完linuxrc後，KL unmount這個initrd，並加載真正的root device（看到沒，這個initrd就是作些初始化的工做，可是你也能夠不umount這個initrd。）這裏的處理稍有差別。若是BL在參數中指明root=/dev/ram0,（代碼中可見到這些語句），那麼KL就不會執行linuxrc，而且也不會umount initrd。也就是這個initrd就是最終的根文件系統了。

那麼如何製做這個Initrd呢？

其實就是一個gzip打包的文件夾....

（這部分代碼在do_mounts.c中的prepare_namespace函數中）

4.2 initramfs

(詳細說明：參考kernel/documentations/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt)

kernel默認支持這個initramfs，因此編譯的時候，會整一個default的initramfs放到內核中。initramfs是一個cpio的打包文件。我特地查了下cpio的info。通常用法就是：讀取一個目錄下全部文件的信息及其全部文件的內容（多是直接read數據到一個buffer中），而後把這些信息寫到一個文件中。說白了，可能就是一個序列化的工具。而後LK用一樣的方法就能夠反序列化，恢復原來目錄中的內容了。

前面說，LK編譯的時候默認會有一個簡單的initramfs目錄結構。這個結構由kernel/scripts/gen_initramfs_list.sh腳本生成。這個腳本很簡單：

---

dir /dev 0755 0 0

nod /dev/console/ 0600 0 0 c 5 1

dir /root 0700 0 0

---

執行的時候，前面加上mk...就生成一個目錄了，而後用cpio打包，生成iniramfs，最後由LK解包並掛載

（具體內容，參考ramfs-rootfs-initramfs.txt）

如何製做本身的initramfs呢？

• 搞一個文件夾吧，可仿照PC機器上linux的文件結構。也能夠把busybox放上去。

• find testramfs -depth -print | cpio -ov > testramfs.cpio  cpio的輸入是文件名，輸出經過>定向到testramfs.cpio。你們能夠試試。

• 解壓的話，cpio -ivd < testramfs.cpio。這樣就能還原testramfs文件夾中的內容了。

cpio：-o表示output，-v表示打印一些verbose信息，-i表示input，-d表示創建整個文件夾結構。沒有-d的話，會出問題。

不過有了kernel編譯的支持，咱們不用本身調用cpio了，在編譯選項中有一個INITRAMFS_SOURCE，把它指向目標文件夾，編譯的時候天然會生成這個initramfs了。

參考文獻：

這些參考文獻中，最重要的是最後一個，ols2k-9.ps，下載並處理後獲得一個pdf，實際上一篇論文。主要介紹了

Linux啓動的一些問題。

再三解釋一下，爲何須要init ram disk。FS通常安裝在存儲介質上，而讀取這些存儲介質須要驅動。內核啓動的時候若是把這些驅動都加載的話，會很是麻煩，即便你把驅動靜態編譯到內核中，也不是一個完美的解決辦法。因此。先整一個簡單的，基於內存的FS，這樣初始化工做均可以順利進行。最後，等驅動都加載完後，再把實際存儲上的FS掛載上來。這裏要明白一點，沒有一個FS的話，LK是無法正常工做的。

五 U-Boot

全名爲Das U-Boot，是一個使用很是普遍的Bootloader。之後會專門撰文介紹UB。這裏簡單說兩個點：

• UB的代碼結構，先從CPU的start.S開始，這裏會根據不一樣的CPU進行初始化，大部分代碼都不須要咱們修改

• 再是Board的啓動，這個和具體的板子有關。如今更名叫lowlevel_init.S了。

（最難的部分在於各個設備的初始化了，須要結合開發板的datasheet來作）

這裏列出如下參考書：

其中，關於SDRAM.pdf，網址已經移到了：http://www.maxwell.com/products/microelectronics/docs/INTRO_TO_SDRAM.PDF

各位看官能夠下載看看。