linux根文件系统制作之inittab启动分析

之前讲过虚拟文件系统挂载根文件系统之后，会执行用户程序，参见博文：
http://blog.chinaunix.net/uid-29401328-id-4909649.html
但只提了一下内核会启动init进程，没详细讲，今天就从这里开始讲下文件系统的启动过程

linux-2.6.30.4内核， busybox-1.16.0

根据之前那篇博文我们知道，文见系统挂载最后调用的函数为：init_post，源码如下：

static noinline int init_post(void)
    __releases(kernel_lock)
{
    /* need to finish all async __init code before freeing the memory */
    async_synchronize_full();
    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);

    current->signal->flags |= SIGNAL_UNKILLABLE;

    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.");
}

20行：ramdisk_execute_command值通过“rdinit=”指定，如果未指定，往下执行；
这个参数解析是在：
linux-2.6.30.4\init\Main.c
static int __init rdinit_setup(char *str)
{
unsigned int i;

ramdisk_execute_command = str;
/* See "auto" comment in init_setup */
for (i = 1; i < MAX_INIT_ARGS; i++)
argv_init[i] = NULL;
return 1;
}
__setup("rdinit=", rdinit_setup);

32行：execute_command通过“init=”指定，最常见的是在uboot的参数中设置“init=/linuxrc”。如果设置了这个参数，则上述函数直接执行到：
run_init_process(execute_command);
后面的讲都不会再执行，因为run_init_process通过调用kernel_execve替换了整个进程。

init参数解析是在：
linux-2.6.30.4\init\Main.c
static int __init init_setup(char *str)
{
unsigned int i;

execute_command = str;
/*
* In case LILO is going to boot us with default command line,
* it prepends "auto" before the whole cmdline which makes
* the shell think it should execute a script with such name.
* So we ignore all arguments entered _before_ init=... [MJ]
*/
for (i = 1; i < MAX_INIT_ARGS; i++)
argv_init[i] = NULL;
return 1;
}
__setup("init=", init_setup);

37行：如果rdinit和init都未设置，则直接调用/sbin/init。如果没找到/sbin/init，则一次回去寻找/etc/init、/bin/init、/bin/sh，如果都没找到，则会打印“No init found.  Try passing init= option to kernel”

如果uboot设置了“init=/linuxrc”（我的yaffs2文件系统的uboot启动就设置了），那么将会执行linuxrc，但是后来我发现把linuxrc删除，系统也会正常启动，没任何影响，这是为什么？
经CU论坛“arm-linux-gcc”兄弟指点和网上查阅资料，总结如下：
linuxrc其实会被当作init来使用，在busybox中busybox-1.16.0\include\Applets.h 232行有：
IF_FEATURE_INITRD(APPLET_ODDNAME(linuxrc, init, _BB_DIR_ROOT, _BB_SUID_DROP, linuxrc))
意思就是如果设置了“init=/linuxrc”，其实调用的也是/sbin/init，没有设置也会调用它。
所以我们的第一个程序就是/sbin/init。
后来又做了一个测试：把linuxrc文件改写成脚本文件，文件系统将不能正确启动，会提示“Kernel panic - not syncing: No init found”。
这里应该是因为执行了linuxrc，不再去执行/sbin/init，而linuxrc又被我们改写了，不会再被当成init使用了，所以/sbin/init得不到
执行，挂载失败，No init


下面说说/sbin/init这个进程：
init进程是第一个进程，所有进程的父进程，有了它，后面才能有shell等进程。
通过top查看：
1     0 root     S     2096  3.4   0  0.0 init
可以看出它的PID为1

根据之前对busybox的分析可知，它调用的其实就是busybox里的init_main函数
源码太长，这里就不贴了，而且大部分不会涉及到，涉及到文件系统启动的最主要函数就是parse_inittab。

parse_inittab函数主要涉及到的文件就是/etc/inittab，这里先说一下/etc/inittab的格式：

busybox-1.16.0\include\usage.h 1918行说明了它的格式：
:::
这段解释是被定义在一个宏里的，#define init_notes_usage
从这个宏里我们可以获得比较详细的解释，下面说一下（基本上是从这段英文翻译过来的）：

:用来指定所启动进程的controlling tty，如果是空，会被默认设置为console

:init会忽略这一项，就是当做你不存在

:所执行的程序的属性说明，这么说有点拗口，看完它的各个值的含义就明白了。
有效的取值有8种，又可以分为两种，一种是只运行一次的程序，另一种是会重复运行的程序：

运行一次的：
sysinit：就是启动运行的第一个程序，直到它所指定的执行完，才进行下一步动作
wait：在sysinit指定的程序执行完，开始执行，等到它执行完，init才能继续
once：只执行一次的进程，而且它和init是异步的，意思就是，init的只负责启动它，不需等它执行完
restart：重启时运行的程序，默认所执行的进程是init本身
ctrlaltdel：同时按下CTRL-ALT-DEL键执行的程序，常用的是reboot
shutdown：系统关机时，执行的程序

运行多次的（在运行一次的程序运行完之后才运行这里的程序）：
respawn：如果这里的程序被终止了，init会自动重启它的
askfirst：和respawn功能类似，但会在启动程序之前在控制台打印“Please press Enter to activate this console”。
和respawn不同在于，respawn能够直接启动一个程序，而askfirst要等用户敲了Enter键后才能启动程序

这里把我的开发板的inittab文件贴出来当做示例理解：
# /etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS
console::askfirst:-/bin/sh
::once:/usr/sbin/telnetd -l /bin/login
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount -a -r


了解了inittab的格式，下面来看一下parse_inittab的源码：

/* NOTE that if CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB is NOT defined,
 * then parse_inittab() simply adds in some default
 * actions(i.e., runs INIT_SCRIPT and then starts a pair
 * of "askfirst" shells). If CONFIG_FEATURE_USE_INITTAB
 * _is_ defined, but /etc/inittab is missing, this
 * results in the same set of default behaviors.
 */
static void parse_inittab(void)
{
#if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
    char *token[4];
    parser_t *parser = config_open2("/etc/inittab", fopen_for_read);

    if (parser == NULL)
#endif
    {
        /* No inittab file - set up some default behavior */
        /* Reboot on Ctrl-Alt-Del */
        new_init_action(CTRLALTDEL, "reboot", "");
        /* Umount all filesystems on halt/reboot */
        new_init_action(SHUTDOWN, "umount -a -r", "");
        /* Swapoff on halt/reboot */
        if (ENABLE_SWAPONOFF)
            new_init_action(SHUTDOWN, "swapoff -a", "");
        /* Prepare to restart init when a QUIT is received */
        new_init_action(RESTART, "init", "");
        /* Askfirst shell on tty1-4 */
        new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, "");
//TODO: VC_1 instead of ""? "" is console -> ctty problems -> angry users
        new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_2);
        new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_3);
        new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_4);
        /* sysinit */
        new_init_action(SYSINIT, INIT_SCRIPT, "");
        return;
    }

#if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
    /* optional_tty:ignored_runlevel:action:command
     * Delims are not to be collapsed and need exactly 4 tokens
     */
    while (config_read(parser, token, 4, 0, "#:",
                PARSE_NORMAL & ~(PARSE_TRIM | PARSE_COLLAPSE))) {
        /* order must correspond to SYSINIT..RESTART constants */
        static const char actions[] ALIGN1 =
            "sysinit\0""wait\0""once\0""respawn\0""askfirst\0"
            "ctrlaltdel\0""shutdown\0""restart\0";
        int action;
        char *tty = token[0];

        if (!token[3]) /* less than 4 tokens */
            goto bad_entry;
        action = index_in_strings(actions, token[2]);
        if (action < 0 || !token[3][0]) /* token[3]: command */
            goto bad_entry;
        /* turn .*TTY -> /dev/TTY */
        if (tty[0]) {
            if (strncmp(tty, "/dev/", 5) == 0)
                tty += 5;
            tty = concat_path_file("/dev/", tty);
        }
        new_init_action(1 << action, token[3], tty);
        if (tty[0])
            free(tty);
        continue;
 bad_entry:
        message(L_LOG | L_CONSOLE, "Bad inittab entry at line %d",
                parser->lineno);
    }
    config_close(parser);
#endif
}

12行：打开/etc/inittab文件

14行：如果没有/etc/inittab文件或打开失败，则系统会用new_init_action执行一些默认的配置，这个函数下面再说

42行：逐行去读取/etc/inittab文件，读出来之后同样用new_init_action去执行

来看一下new_init_action函数：

static void new_init_action(uint8_t action_type, const char *command, const char *cons)
{
    struct init_action *a, **nextp;

    /* Scenario:
     * old inittab:
     * ::shutdown:umount -a -r
     * ::shutdown:swapoff -a
     * new inittab:
     * ::shutdown:swapoff -a
     * ::shutdown:umount -a -r
     * On reload, we must ensure entries end up in correct order.
     * To achieve that, if we find a matching entry, we move it
     * to the end.
     */
    nextp = &init_action_list;
    while ((a = *nextp) != NULL) {
        /* Don't enter action if it's already in the list,
         * This prevents losing running RESPAWNs.
         */
        if (strcmp(a->command, command) == 0
         && strcmp(a->terminal, cons) == 0
        ) {
            /* Remove from list */
            *nextp = a->next;
            /* Find the end of the list */
            while (*nextp != NULL)
                nextp = &(*nextp)->next;
            a->next = NULL;
            break;
        }
        nextp = &a->next;
    }

    if (!a)
        a = xzalloc(sizeof(*a));
    /* Append to the end of the list */
    *nextp = a;
    a->action_type = action_type;
    safe_strncpy(a->command, command, sizeof(a->command));
    safe_strncpy(a->terminal, cons, sizeof(a->terminal));
    dbg_message(L_LOG | L_CONSOLE, "command='%s' action=%d tty='%s'\n",
        a->command, a->action_type, a->terminal);
}

new_init_action函数主要做了这些工作：
1、创建init_action结构，并填充。
2、把这个结构放入init_action_list链表

现对parse_inittab函数总结如下：

如果我们没有配置文件inittab存在，会执行默认配置，根据new_init_action执行的默认配置，我们可以反推出默认inittab配置文件的内容：
::CTRLALTDEL:reboot  
::SHUTDOWN:umount -a -r  
::RESTART:init  
::ASKFIRST:-/bin/sh  
tty2::ASKFIRST:-/bin/sh  
tty3::ASKFIRST:-/bin/sh  
tty4::ASKFIRST:-/bin/sh  
::SYSINIT:/etc/init.d/rcS 

如果配置文件inittab存在，则会逐行读出，然后对每一行调用new_init_action函数


在init_main函数里，执行完parse_inittab()，后续会顺序调用：
run_actions(SYSINIT);
run_actions(WAIT);
run_actions(ONCE);
然后才调用：
run_actions(RESPAWN | ASKFIRST);


无论对于默认的inittab配置文件，还是对于我们自己文件系统中的inittab配置文件，SYSINIT对应的程序一般是/etc/init.d/rcS，下面我们去看看这个文件