mini6410 Linux--根文件系统的挂载过程分析

前言：

本篇文章以S3C6410公版的Linux BSP和U-Boot来进行分析，文中所有提及的名词和数据都是以该环境为例，所有的代码流程也是以该环境为例来进行分析。哈哈。如果有不正确或者不完善的地方，欢迎前来拍砖留言或者发邮件到[email protected]进行讨论，先行谢过。

简单的来说，根文件系统包括虚拟根文件系统和真实根文件系统。在Kernel启动的初始阶段，首先去创建虚拟的根文件系统，接下来再去调用do_mount来加载真正的文件系统，并将根文件系统切换到真正的文件系统，也即真实的文件系统。

一．什么是根文件系统

在传统的Windows机器上目录结构中，可能会包括C：或者D:盘，而他们一般就称之为特定逻辑磁盘的根目录。从文件系统的层面来说，每一个分区都包含了一个根目录区，也即系统中存在多个根目录。

但是，在Linux系统中，目录结构与Windows上有较大的不同。系统中只有一个根目录，路径是“/”，而其它的分区只是挂载在根目录中的一个文件夹，如“/proc”和“system”等，这里的“/”就是Linux中的根目录。

对应根目录也就存在一个根目录文件系统的概念，我们可以将某一个分区挂载为根目录文件系统，如6410公版中就将mtdblk2挂载为根目录文件系统。程序中可以通过U-Boot给Kernel指定参数或者编译选项来指定，如目前的开发板中就通过如下的编译选项来制定根目录文件系统：

CONFIG_CMDLINE="console=ttyS0,115200 mem=108M rdinit=/linuxrc root=/dev/mtdblock2"

简单的来说，根目录文件系统就是一种目录结构，包括了Linux启动的时候所必须的一些目录结构和重要文件。

根文件系统有两种，一种是虚拟根文件系统，另外一种是真实的根文件系统。一般情况下，会首先在虚拟的根文件系统中做一部分工作，然后切换到真实的根文件系统下面。

笼统的来说，虚拟的根文件系统包括三种类型，即Initramfs、cpio-initrd和image-initrd。

二．相关重要概念

1. Initrd

Initrd是在Linux中普遍采用的一种技术，就是由Bootloader加载的内存盘。在系统启动的过程中，首先会执行Initrd中的“某一个文件” 来完成驱动模块加载的任务，第二阶段才会执行真正的根文件系统中的/sbin/init。这里提到的第一阶段是为第二阶段服务的，主要是用来加载根文件系统以及根文件系统存储介质的驱动程序。

资料中提到，存在多种类型的Initrd，实际应用中包括无Initrd、Linux Kernel和Initrd打包、Linux Kernel和Initrd分离以及RAMDisk Initrd。

目前，手中项目采用的就是第四种策略。在系统启动的时候，U-Boot会将Linux Kernel和Rootfs加载到内存，并跳转到Linux Kernel的入口地址执行程序。这篇文章将侧重对该种情况进行分析。

三．根文件系统加载代码分析

1. VFS的注册

首先不得不从老掉牙的Linux系统的函数start_kernel()说起。函数start_kernel()中会去调用vfs_caches_init()来初始化VFS。

下面看一下函数vfs_caches_init ()的代码：

void __init vfs_caches_init(unsigned long mempages)

{

unsigned long reserve;

/* Base hash sizes on available memory, with a reserve equal to

150% of current kernel size */

reserve = min((mempages - nr_free_pages()) * 3/2, mempages - 1);

mempages -= reserve;

names_cachep = kmem_cache_create("names_cache", PATH_MAX, 0,

SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_PANIC, NULL);

dcache_init();

inode_init();

files_init(mempages);

[1] mnt_init();

bdev_cache_init();

chrdev_init();

}

代码【1】：vfs_caches_init()中最重要的函数。函数mnt_init()会创建一个rootfs，这是个虚拟的rootfs，即内存文件系统，后面还会指向真实的文件系统。

接下来看一下函数mnt_init()：

Void __init mnt_init(void)

{

unsigned u;

int err;

init_rwsem(&namespace_sem);

mnt_cache = kmem_cache_create("mnt_cache", sizeof(struct vfsmount),

0, SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC, NULL);

mount_hashtable = (struct list_head *)__get_free_page(GFP_ATOMIC);

if (!mount_hashtable)

panic("Failed to allocate mount hash table\n");

printk("Mount-cache hash table entries: %lu\n", HASH_SIZE);

for (u = 0; u < HASH_SIZE; u++)

INIT_LIST_HEAD(&mount_hashtable[u]);

err = sysfs_init();

if (err)

printk(KERN_WARNING "%s: sysfs_init error: %d\n",

__func__, err);

fs_kobj = kobject_create_and_add("fs", NULL);

if (!fs_kobj)

printk(KERN_WARNING "%s: kobj create error\n", __func__);

[1] init_rootfs();

[2] init_mount_tree();

}

代码[1]：创建虚拟根文件系统；

代码[2]：注册根文件系统。

接下来看一下函数init_mount_tree()的代码：

static void __init init_mount_tree(void)

{

struct vfsmount *mnt;

struct mnt_namespace *ns;

struct path root;

[1] 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);

[2] set_fs_root(current->fs, &root);

}

代码[1]：创建虚拟文件系统；

代码[2]：将当前的文件系统配置为根文件系统。

可能有人会问，为什么不直接把真实的文件系统配置为根文件系统？

答案很简单，内核中没有根文件系统的设备驱动，如USB等存放根文件系统的设备驱动，而且即便你将根文件系统的设备驱动编译到内核中，此时它们还尚未加载，其实所有的Driver是由在后面的Kernel_Init线程进行加载。所以需要CPIO Initrd、Initrd和RAMDisk Initrd。另外，我们的Root设备都是以设备文件的方式指定的，如果没有根文件系统，设备文件怎么可能存在呢？