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[LINUX] linux根文件体系 的挂载过程详解

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查看10 | 回复1 | 2021-9-5 02:49:20 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一:媒介

前段时间在编译kernel的时间 发现rootfs挂载不上。雷同 的root选项设置旧版的image却可以。为了彻底办理 这个题目 。研究了一下rootfs的挂载过程。特总结如下,盼望 能给这部份知识点比较迷茫 的朋侪 一点帮助。

二:rootfs的种类

总的来说,rootfs分为两种:假造 rootfs和真实rootfs.现在 kernel的发展趋势是将更多的功能放到用户空间完成。以保持内核的精简。假造 rootfs也是各linux发行厂商广泛 采用的一种方式。可以将一部份的初始化工作放在假造 的rootfs里完成。然后切换到真实的文件体系 .

在假造 rootfs的发展过程中。又有以下几个版本:

initramfs:

Initramfs是在 kernel 2.5中引入的技术,现实 上它的含义就是:在内核镜像中附加一个cpio包,这个cpio包中包含了一个小型的文件体系 ,当内核启动时,内核将这个cpio包解开,并且将此中 包含的文件体系 开释 到rootfs中,内核中的一部分初始化代码会放到这个文件体系 中,作为用户层历程 来实验 。如许 带来的显着 的好处是精简了内核的初始化代码,而且使得内核的初始化过程更容易 定制。这种这种方式的rootfs是包含在kernel image之中的.

cpio-initrd: cpio格式的rootfs

image-initrd:传统格式的rootfs

关于这两种假造 文件体系 的制作请自行参阅别的 资料

三:rootfs文件体系 的挂载过程

这里说的rootfs不同于上面分析的rootfs。这里指的是体系 初始化时的根结点。即/结点。它是其于内存的rootfs文件体系 。这部份之前在>和文件体系 中已经分析过。为了知识的连贯性这里再重复一次。

Start_kernel()àmnt_init():

void __init mnt_init(void)

{

         ……

         ……

         init_rootfs();

         init_mount_tree();

}

Init_rootfs的代码如下:

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;

}

这个函数很简单。就是注册了rootfs的文件体系 .

init_mount_tree()代码如下:

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);

}

在这里,将rootfs文件体系 挂载。它的挂载点默以为 ”/”.末了 切换历程 的根目次 和当前目次 为”/”.这也就是根目次 的由来。不过这里只是初始化。等挂载完具体 的文件体系 之后,一样平常 都会将根目次 切换到具体 的文件体系 。以是 在体系 启动之后,用mount下令 是看不到rootfs的挂载信息的.

四:假造 文件体系 的挂载

根目次 已经挂上去了,可以挂载具体 的文件体系 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()是一个很关键的函数,全部 直接编译在kernel中的模块都是由它启动的。代码片断 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()用来启动全部 在__initcall_start和__initcall_end段的函数,而静态编译进内核的modules也会将其入口放置在这段区间里。

跟根文件体系 相干 的初始化函数都会由rootfs_initcall()所引用。注意 到有以下初始化函数:

rootfs_initcall(populate_rootfs);

也就是说会在体系 初始化的时间 会调用populate_rootfs举行 初始化。代码如下:

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:顾名思义就是解压包,并将其开释 至rootfs。它现实 上有两个功能,一个是开释 包,一个是查看包,看其是否属于cpio布局 的包。功能选择是根据末了 的一个参数来区分的.

在这个函数里,对应我们之前分析的三种假造 根文件体系 的环境 。一种是跟kernel融为一体的initramfs.在编译kernel的时间 ,通过链接脚本将其存放在__initramfs_start至__initramfs_end的地区 。这种环境 下,直接调用unpack_to_rootfs将其开释 到根目次 .假如 不是属于这种情势 的。也就是__initramfs_start和__initramfs_end的值相称 ,长度为零。不会做任何处理。退出.

对应后两种环境 。从代码中看到,必须要配制CONFIG_BLK_DEV_RAM才会支持image-initrd。否则全当成cpio-initrd的情势 处理。

对于是cpio-initrd的环境 。直接将其开释 到根目次 。对于是image-initrd的环境 。将其开释 到/initrd.image.末了 将initrd内存地区 归入伙伴体系 。这段内存就可以由操作体系 来做别的 的用途了。

接下来,内核对这几种环境 又是怎么处理的呢?不要发急 。往下看:

回到kernel_init()这个函数:

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剖析 引导参数的时间 使用 。假如 用户指定了init文件路径,即使用 了“init=”,就会将这个参数值存放到这里。

假如 没有指定init文件路径。默以为 /init

对应于前面一段的分析,我们知道,对于initramdisk和cpio-initrd的环境 ,都会将假造 根文件体系 开释 到根目次 。假如 这些假造 文件体系 里有/init这个文件。就会转入到init_post()。

Init_post()代码如下:

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.");

}

从代码中可以看中,会依次实验 指定的init文件,假如 失败,就会实验 /sbin/init, /etc/init,, /bin/init,/bin/sh

注意 的是,run_init_process在调用相应程序运行的时间 ,用的是kernel_execve。也就是说调用历程 会更换 当进步 程。只要上述恣意 一个文件调用成功,就不会返回到这个函数。假如 上面几个文件都无法实验 。打印出没有找到init文件的错误。

对于image-hdr或者是假造 文件体系 中没有包含 /init的环境 ,会由prepare_namespace()处理。代码如下:

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的处理

         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(".");

}

这里有几个比较故意 思的处理,起首 用户可以用root=来指定根文件体系 。它的值保存在saved_root_name中。假如 用户指定了以mtd开始的字串做为它的根文件体系 。就会直接去挂载。这个文件是mtdblock的装备 文件。

否则将装备 结点文件转换为ROOT_DEV即装备 节点号

然后,转向initrd_load()实验 initrd预处理后,再将具体 的根文件体系 挂载。

注意 到,在这个函数末端 。会调用sys_mount()来移动当前文件体系 挂载点到”/”目次 下。然后将根目次 切换到当前目次 。如许 ,根文件体系 的挂载点就成为了我们在用户空间所看到的”/”了.

对于别的 根文件体系 的环境 ,会先颠末 initrd的处理。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;

}

建立一个ROOT_RAM)的装备 节点,并将/initrd/.image开释 到这个节点中,/initrd.image的内容,就是我们之前分析的image-initrd。

假如 根文件装备 号不是ROOT_RAM0( 用户指定的根文件体系 不是/dev/ram0就会转入到handle_initrd()

假如 当前根文件体系 是/dev/ram0.将其直接挂载就好了。

handle_initrd()代码如下:

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");

         }

}

先将/dev/ram0挂载,而后实验 /linuxrc.等其实验 完后。切换根目次 ,再挂载具体 的根文件体系 .

到这里。文件体系 挂载的全部内容就分析完了.

五:小结

在本末节 里。分析了根文件体系 的挂载流程。并对几个假造 根文件体系 的环境 做了具体 的分析。明白 这部份,对我们构建linux嵌入式开辟 体系 是很有帮助的.


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avatar 宇转好帖鄙 | 2021-9-18 17:44:53 | 显示全部楼层
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