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guopeixin@126.com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 to150% 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 "）;printk（"Mount-cache hash table entries: %lu ", 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 ",__func__, err）;fs_kobj = kobject_create_and_add（"fs", NULL）;if （！fs_kobj）printk（KERN_WARNING "%s: kobj create error ", __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？