Chinaunix首页 | 论坛 | 博客
  • 博客访问: 804629
  • 博文数量: 869
  • 博客积分: 201
  • 博客等级: 入伍新兵
  • 技术积分: 3376
  • 用 户 组: 普通用户
  • 注册时间: 2010-07-21 19:42
文章分类

全部博文(869)

文章存档

2014年(4)

2013年(415)

2012年(453)

我的朋友

分类:

2012-10-15 14:03:56

------------------------------------------
本文系本站原创,欢迎转载!
转载请注明出处:http://ericxiao.cublog.cn/
------------------------------------------
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 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();
         }
 
         /*

          * 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解析引导参数的时候使用。如果用户指定了init文件路径,即使用了“init=”,就会将这个参数值存放到这里。
如果没有指定init文件路径。默认为/init
对应于前面一段的分析,我们知道,对于initramdisk和cpio-initrd的情况,都会将虚拟根文件系统释放到根目录。如果这些虚拟文件系统里有/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) < 0)

                   printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");

 
         (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,会依次执行指定的init文件,如果失败,就会执行/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候,用的是kernel_execve。也就是说调用进程会替换当前进程。只要上述任意一个文件调用成功,就不会返回到这个函数。如果上面几个文件都无法执行。打印出没有找到init文件的错误。
对于image-hdr或者是虚拟文件系统中没有包含 /init的情况,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(".");
}
这里有几个比较有意思的处理,首先用户可以用root=来指定根文件系统。它的值保存在saved_root_name中。如果用户指定了以mtd开始的字串做为它的根文件系统。就会直接去挂载。这个文件是mtdblock的设备文件。
否则将设备结点文件转换为ROOT_DEV即设备节点号
然后,转向initrd_load()执行initrd预处理后,再将具体的根文件系统挂载。
注意到,在这个函数末尾。会调用sys_mount()来移动当前文件系统挂载点到”/”目录下。然后将根目录切换到当前目录。这样,根文件系统的挂载点就成为了我们在用户空间所看到的”/”了.
对于其它根文件系统的情况,会先经过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)的设备节点,并将/initrd/.image释放到这个节点中,/initrd.image的内容,就是我们之前分析的image-initrd。
如果根文件设备号不是ROOT_RAM0( 用户指定的根文件系统不是/dev/ram0就会转入到handle_initrd()
如果当前根文件系统是/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 < 0) {
                            error = fd;
                   } else {

                            error = sys_ioctl(fd, BLKFLSBUF, 0);

                            sys_close(fd);
                   }

                   printk(!error ? "okay\n" : "failed\n");

         }
}
先将/dev/ram0挂载,而后执行/linuxrc.等其执行完后。切换根目录,再挂载具体的根文件系统.
到这里。文件系统挂载的全部内容就分析完了.
 
五:小结
在本小节里。分析了根文件系统的挂载流程。并对几个虚拟根文件系统的情况做了详细的分析。理解这部份,对我们构建linux嵌入式开发系统是很有帮助的.
 
PS:参考资料:ibm技术论坛的<>                 
附根文件系统挂载流程图



阅读(73) | 评论(0) | 转发(0) |
给主人留下些什么吧!~~