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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kernel2.5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kernelimage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>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__initmnt_init(void)
{
init_rootfs();
init_mount_tree();
}
Init_rootfs的代码如下：
int__initinit_rootfs(void)
{
interr;
err=bdi_init(&ramfs_backing_dev_info);
if(err)
returnerr;
err=register_filesystem(&rootfs_fs_type);
if(err)
bdi_destroy(&ramfs_backing_dev_info);
returnerr;
}
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：
staticvoid__initinit_mount_tree(void)
{
structvfsmount*mnt;
structmnt_namespace*ns;
structpathroot;
mnt=do_kern_mount("rootfs",0,"rootfs",NULL);
if(IS_ERR(mnt))
panic("Can'tcreaterootfs");
ns=kmalloc(sizeof(*ns),GFP_KERNEL);
if(!ns)
panic("Can'tallocateinitialnamespace");
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():
staticint__initkernel_init(void*unused)
{
do_basic_setup();
if(!ramdisk_execute_command)
ramdisk_execute_command="/init";
if(sys_access((constchar__user*)ramdisk_execute_command,0)!=0){
ramdisk_execute_command=NULL;
prepare_namespace();
}
/*
*Ok,wehavecompletedtheinitialbootup,and
*we'reessentiallyupandrunning.Getridofthe
*initmemsegmentsandstarttheuser-modestuff..
*/
init_post();
return0;
}
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：
staticvoid__initdo_basic_setup(void)
{
/*driverswillsendhotplugevents*/
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：
staticint__initpopulate_rootfs(void)
{
char*err=unpack_to_rootfs(__initramfs_start,
__initramfs_end-__initramfs_start,0);
if(err)
panic(err);
if(initrd_start){
#ifdefCONFIG_BLK_DEV_RAM
intfd;
printk(KERN_INFO"checkingifimageisinitramfs...");
err=unpack_to_rootfs((char*)initrd_start,
initrd_end-initrd_start,1);
if(!err){
printk("itis\n");
unpack_to_rootfs((char*)initrd_start,
initrd_end-initrd_start,0);
free_initrd();
return0;
}
printk("itisn't(%s);lookslikeaninitrd\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"Unpackinginitramfs...");
err=unpack_to_rootfs((char*)initrd_start,
initrd_end-initrd_start,0);
if(err)
panic(err);
printk("done\n");
free_initrd();
#endif
}
return0;
}
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：
staticint__initkernel_init(void*unused)
{
.
.
do_basic_setup();
/*
*checkifthereisanearlyuserspaceinit.Ifyes,letitdoall
*thework
*/
if(!ramdisk_execute_command)
ramdisk_execute_command="/init";
if(sys_access((constchar__user*)ramdisk_execute_command,0)!=0){
ramdisk_execute_command=NULL;
prepare_namespace();
}
/*
*Ok,wehavecompletedtheinitialbootup,and
*we'reessentiallyupandrunning.Getridofthe
*initmemsegmentsandstarttheuser-modestuff..
*/
init_post();
return0;
}
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：
staticintnoinlineinit_post(void)
{
free_initmem();
unlock_kernel();
mark_rodata_ro();
system_state=SYSTEM_RUNNING;
numa_default_policy();
if(sys_open((constchar__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"Failedtoexecute%s\n",
ramdisk_execute_command);
}
/*
*Wetryeachoftheseuntilonesucceeds.
*
*TheBourneshellcanbeusedinsteadofinitifweare
*tryingtorecoverareallybrokenmachine.
*/
if(execute_command){
run_init_process(execute_command);
printk(KERN_WARNING"Failedtoexecute%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("Noinitfound.Trypassinginit=optiontokernel.");
}
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__initprepare_namespace(void)
{
intis_floppy;
if(root_delay){
printk(KERN_INFO"Waiting%dsecbeforemountingrootdevice...\n",
root_delay);
ssleep(root_delay);
}
/*waitfortheknowndevicestocompletetheirprobing*/
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);
gotoout;
}
ROOT_DEV=name_to_dev_t(root_device_name);
if(strncmp(root_device_name,"/dev/",5)==0)
root_device_name+=5;
}
if(initrd_load())
gotoout;
/*waitforanyasynchronousscanningtocomplete*/
if((ROOT_DEV==0)&&root_wait){
printk(KERN_INFO"Waitingforrootdevice%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__initinitrd_load(void)
{
if(mount_initrd){
create_dev("/dev/ram",Root_RAM0);
/*
*Loadtheinitrddatainto/dev/ram0.Executeitasinitrd
*unless/dev/ram0issupposedtobeouractualrootdevice,
*inthatcasetheramdiskisjustsetuphere,andgets
*mountedinthenormalpath.
*/
if(rd_load_image("/initrd.image")&&ROOT_DEV!=Root_RAM0){
sys_unlink("/initrd.image");
handle_initrd();
return1;
}
}
sys_unlink("/initrd.image");
return0;
}
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：
staticvoid__inithandle_initrd(void)
{
interror;
intpid;
real_root_dev=new_encode_dev(ROOT_DEV);
create_dev("/dev/root.old",Root_RAM0);
/*mountinitrdonrootfs'/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);
/*moveinitrdover/andchdir/chrootininitrdroot*/
sys_chdir("/root");
sys_mount(".","/",NULL,MS_MOVE,NULL);
sys_chroot(".");
/*
*Incasethataresumefromdiskiscarriedoutbylinuxrcoroneof
*itschildren,weneedtotellthefreezernottowaitforus.
*/
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;
/*moveinitrdtorootfs'/old*/
sys_fchdir(old_fd);
sys_mount("/",".",NULL,MS_MOVE,NULL);
/*switchrootandcwdbackto/ofrootfs*/
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"Tryingtomoveoldrootto/initrd...");
error=sys_mount("/old","/root/initrd",NULL,MS_MOVE,NULL);
if(!error)
printk("okay\n");
else{
intfd=sys_open("/dev/root.old",O_RDWR,0);
if(error==-ENOENT)
printk("/initrddoesnotexist.Ignored.\n");
else
printk("failed\n");
printk(KERN_NOTICE"Unmountingoldroot\n");
sys_umount("/old",MNT_DETACH);
printk(KERN_NOTICE"Tryingtofreeramdiskmemory...");
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.