解析linux根文件系统的挂载过程

1、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：roo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

2、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

3、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 rootfsimage-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() mnt

4、_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

5、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);

6、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_n

7、s = 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

8、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()(Test_init() ckernel_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_comm

9、and = 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(voi

10、d)/* 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

11、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_RAMint fd;printk(KERN_INFO "checking if image is initramfs.");err =

12、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_

13、WRONL Y|O_CREA T, 0700);if (fd >= 0) sys_write(fd, (char *)initrd_start,initrd_end - initrd_start); sys_close(fd);free_initrd();#elseprintk(KERN_INFO "Unp acking initramfs.");err = unpack_to_rootfs(char *)initrd_start,initrd_end - initrd_start, 0);if (err)panic(err);printk(" donen&

14、quot;);free_initrd();#endifreturn 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

15、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。 从代码中看至叭 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

16、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*/ramdisk_execute_command = "/init"if (sys_access(const char _user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) ramdisk_execute_command = NULL;prepare_namesp

17、ace();/* 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

18、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/consol

19、e", O_RDWR, 0) < 0)printk(KERN_W ARNING "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_W ARNING "Failed to execute %sn",ramdisk_execute_command);/* We

20、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_W ARNING "Failed to execute %s. Attempting ""defaults.n”, execute_command);run

21、_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

22、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 moun

23、ting 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_name0) root_device_name = saved_root_name;if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3) mount_bloc

24、k_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(KE

25、RN_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

26、_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

27、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

28、 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

29、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);

30、/* mount initrd on rootfs' /root */mount_block_root("/dev/root.old", root_mountflags & MS_RDONL Y);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(&

31、quot;/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_linux

32、rc, "/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(".”);sy