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  一:前言

  前段时间在编译kernel的时候发现rootfs挂载不上。相同的root选项设置旧版的image却可以。为了彻底解决这个问题。研究了一下rootfs的挂载过程。特总结如下,希望能给这部份知识点比较迷茫的朋友一点帮助。

  二:rootfs的种类

  总的来说,rootfs分为两种:虚拟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。虚拟rootfs也是各linux发行厂商普遍采用的一种方式。可以将一部份的初始化工作放在虚拟的rootfs里完成。然后切换到真实的文件系统.

  在虚拟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,实际上它的含义就是: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系统,当内核启动时,内核将这个cpio包解开,并且将其中包含的文件系统释放到rootfs中,内核中的一部分初始化代码会放到这个文件系统中,作为用户层进程来执行。这样带来的明显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

  关于这两种虚拟文件系统的制作请自行参阅其它资料

  三:rootfs文件系统的挂载过程

  这里说的rootfs不同于上面分析的rootfs。这里指的是系统初始化时的根结点。即/结点。它是其于内存的rootfs文件系统。这部份之前在<< linux启动过程分析>>和文件系统中已经分析过。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的文件系统.

  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文件系统挂载。它的挂载点默认为”/”.最后切换进程的根目录和当前目录为”/”.这也就是根目录的由来。不过这里只是初始化。等挂载完具体的文件系统之后,一般都会将根目录切换到具体的文件系统。所以在系统启动之后,用mount命令是看不到rootfs的挂载信息的.

  四:虚拟文件系统的挂载

  根目录已经挂上去了,可以挂载具体的文件系统了.

  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,所有直接编译在kernel中的模块都是由它启动的。代码片段如下:

  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()用来启动所有在__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。

  跟根文件系统相关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);

  也就是说会在系统初始化的时候会调用populate_rootfs进行初始化。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 isn");

  unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,

  initrd_end - initrd_start, 0);

  free_initrd();

  return 0;

  }

  printk("it isn't (%s); looks like an initrdn", 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(" donen");

  free_initrd();

  #endif

  }

  return 0;

  }

  unpack_to_rootfs:顾名思义就是解压包,并将其释放至rootfs。它实际上有两个功能,一个是释放包,一个是查看包,看其是否属于cpio结构的包。功能选择是根据最后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虚拟根文件系统的情况。一种是跟kernel融为一体的initramfs.在编译kernel的时候,通过链接脚本将其存放在__initramfs_start至__initramfs_end的区域。这种情况下,直接调用unpack_to_rootfs将其释放到根目录.如果不是属于这种形式的。也就是__initramfs_start和__initramfs_end的值相等,长度为零。不会做任何处理。退出.

  对应后两种情况。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的形式处理。

  对于是cpio-initrd的情况。直接将其释放到根目录。对于是image-initrd的情况。将其释放到/initrd.image.最后将initrd内存区域归入伙伴系统。这段内存就可以由操作系统来做其它的用途了。

  接下来,内核对这几种情况又是怎么处理的呢?不要着急。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();

  }

  

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