Linux 根文件系统的挂载分析

在介绍根文件系统挂载之前先介绍一些基础知识initramfs当linux内核启动后，会找到并执行第一个用户程序，一般是init。这个程序存在于文件系统当中，文件系统存在于设备上，但不知道init存在哪个设备上，于是有了内核命令列选项root=，用来指定root文件系统存在于哪个设备上。然后由于后来的设备类型越来越来多，比如可能在scsi,sata,flash这些设备，还有的存在于网络设备上，不可能把这些设备的驱动编译进内核，这样内核就会越来越来大。为了解决这些问题，出现了基于ram的文件系统，initramfs,这个文件系统可以包含多个目录和程序init,然后通过这个程序，内核再用这个程序去挂载真正的要文件系统。如果没有这个程序，内核可以来寻找和挂载一个根分区，接着执行一些/sbin/init的变种。ramfsramf是一个小型的基于内存的文件系统，由于linux中页的数据被缓存在内存中，然后标识为可用，为防止别用，ramfs就是基于这种机制产生的。只是放在ramfs中的目录和页的缓存，不在写回。rootfsrootfs是一种特定的ramfs的实例，它一直存在于系统中，不能卸载。大部分其他的文件系统安装于rootfs之上。initramfs和rootfs之间的关系当内核启动的时候，会先注册和挂载一个虚拟的根文件系统，也就是rootfs，然后会把做好的initramfs（这个可以自己制作）中的文件解压到rootfs中。然后系统会挂载真的根文件系统，rootfs隐藏之后。我的开发板上的u-boot传送的参数为noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0,115200 mem=64M。noinitrd的含义（仅当内核配置了选项 CONFIG_BLK_DEV_RAM和CONFIG_BLK_DEV_INITRD）现在的内核都可以支持initrd了，引导进程首先装载内核和一个初始化的ramdisk，然后内核将initrd转换成普通的ramdisk，也就是读写模式的根文件系统设备。然后linuxrc执行，然后装载真正的根文件系统，之后ramdisk被卸载，最后执行启动序列，比如/sbin/init。选项noinitrd告诉内核不执行上面的步骤，即使内核编译了initrd，而是把initrd的数据写到 /dev/initrd，只是这是一个一次性的设备。01void __init vfs_caches_init（unsigned long mempages）02{03 unsigned long reserve;0405 /* Base hash sizes on available memory, with a reserve equal to06 150% of current kernel size */0708 reserve = min（（mempages - nr_free_pages（）） * 3/2, mempages - 1）;09 mempages -= reserve;1011 names_cachep = kmem_cache_create（"names_cache", PATH_MAX, 0,12 SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_PANIC, NULL）;1314 dcache_init（）;15 inode_init（）;16 files_init（mempages）;17 mnt_init（）;18 bdev_cache_init（）;19 chrdev_init（）;20}第14行为页目录缓存的初始化第15行索引结点缓存的初始化第16行文件的初始化第17行虚拟文件系统挂载的初始化第18行块设备缓存初始化。第19行字符设备初始化01void __init mnt_init（void）02{03 unsigned u;04 int err;0506 init_rwsem（&namespace_sem）;0708 mnt_cache = kmem_cache_create（"mnt_cache", sizeof（struct vfsmount）,09 0, SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC, NULL）;1011 mount_hashtable = （struct list_head *）__get_free_page（GFP_ATOMIC）;1213 if （！mount_hashtable）14 panic（"Failed to allocate mount hash table "）;1516 printk（"Mount-cache hash table entries: %lu ", HASH_SIZE）;1718 for （u = 0; u < HASH_SIZE; u++）19 INIT_LIST_HEAD（&mount_hashtable[u]）;2021 err = sysfs_init（）;22 if （err）23 printk（KERN_WARNING "%s: sysfs_init error: %d ",24 __func__, err）;25 fs_kobj = kobject_create_and_add（"fs", NULL）;26 if （！fs_kobj）27 printk（KERN_WARNING "%s: kobj create error ", __func__）;28 init_rootfs（）;29 init_mount_tree（）;30}第6行命明空间信号量的初始化第8行分配空间第11行挂载点哈希表分配空间第18行初始化所有的挂载点哈希表。第25行生成名为fs的kobject对象。第28行初始化rootfs文件系统第29行初始化mount树第一部分 rootfs文件系统的注册01int __init init_rootfs（void）02{03 int err;0405 err = bdi_init（&ramfs_backing_dev_info）;06 if （err）07 return err;0809 err = register_filesystem（&rootfs_fs_type）;10 if （err）11 bdi_destroy（&ramfs_backing_dev_info）;1213 return err;14}第5行初始化第9行注册rootfs文件系统1static struct file_system_type rootfs_fs_type = {2 .name = "rootfs",3 .get_sb = rootfs_get_sb,4 .kill_sb = kill_litter_super,5};第二部分挂载rootfs文件和创建根目录01static void __init init_mount_tree（void）02{03 struct vfsmount *mnt;04 struct mnt_namespace *ns;05 struct path root;0607 mnt = do_kern_mount（"rootfs", 0, "rootfs", NULL）;08 if （IS_ERR（mnt））09 panic（"Can"t create rootfs"）;10 ns = kmalloc（sizeof（*ns）, GFP_KERNEL）;11 if （！ns）12 panic（"Can"t allocate initial namespace"）;13 atomic_set（&ns->count, 1）;14 INIT_LIST_HEAD（&ns->list）;15 init_waitqueue_head（&ns->poll）;16 ns->event = 0;17 list_add（&mnt->mnt_list, &ns->list）;18 ns->root = mnt;19 mnt->mnt_ns = ns;2021 init_task.nsproxy->mnt_ns = ns;22 get_mnt_ns（ns）;2324 root.mnt = ns->root;25 root.dentry = ns->root->mnt_root;26 set_fs_pwd（current->fs, &root）;27 set_fs_root（current->fs, &root）;28}这个函数的主要作用是是生成/目录的。第3行定义一个挂载点第4行定义一个命名空间第5行定义一个根路径第7行挂载rootfs文件系统，返回挂载点第10行为命名空间分配空间第13行设定命名空间的引用数为1第14行初始化命名空间链表第15行初始化等待对列第18行命名空间的根结点指向挂载点第19行挂载点指向命名空间第21行第一个进程的命名空间第向刚才初始化的。第24行路径的挂载点为命名空间的根结点第25行路径的目录为命名空间所指向的挂载点的根目录第26行设置/目录为当前的目录第27行设置/目录为根目录01struct vfsmount * do_kern_mount（const char *fstype, int flags, const char *name, void *data）02{03 struct file_system_type *type = get_fs_type（fstype）;04 struct vfsmount *mnt;0506 if （！type）07 return ERR_PTR（-ENODEV）;08 mnt = vfs_kern_mount（type, flags, name, data）;0910 if （！IS_ERR（mnt） && （type->fs_flags & FS_HAS_SUBTYPE） &&11 ！mnt->mnt_sb->s_subtype）12 mnt = fs_set_subtype（mnt, fstype）;13 put_filesystem（type）;14 return mnt;15}do_kern_mount的参数介绍fstype 要安装的文件系统的类型名flag 安装的标志name 存放文件系统的块设备的路径名data 指向传递给文件系统中read_super方法的附加指针第3行得到文件系统的类型，这里是rootfs,当然也会有其它的文件系统，比如proc,pipefs等第8行返回挂载点第13行增加对文件系统的引用01struct vfsmount *02vfs_kern_mount（struct file_system_type *type, int flags, const char *name, void *data）03{04 struct vfsmount *mnt;05 char *secdata = NULL;06 int error;0708 if （！type）09 return ERR_PTR（-ENODEV）;1011 error = -ENOMEM;12 mnt = alloc_vfsmnt（name）;13 if （！mnt）14 goto out;1516 if （data && ！（type->fs_flags & FS_BINARY_MOUNTDATA）） {17 secdata = alloc_secdata（）;18 if （！secdata）19 goto out_mnt;2021 error = security_sb_copy_data（data, secdata）;22 if （error）23 goto out_free_secdata;24 }2526 error = type->get_sb（type, flags, name, data, mnt）;27 if （error < 0）28 goto out_free_secdata;29 BUG_ON（！mnt->mnt_sb）;3031 error = security_sb_kern_mount（mnt->mnt_sb, flags, secdata）;32 if （error）33 goto out_sb;3435 mnt->mnt_mountpoint = mnt->mnt_root;36 mnt->mnt_parent = mnt;37 up_write（&mnt->mnt_sb->s_umount）;38 free_secdata（secdata）;39 return mnt;40out_sb:41 dput（mnt->mnt_root）;42 deactivate_locked_super（mnt->mnt_sb）;43out_free_secdata:44 free_secdata（secdata）;45out_mnt:46 free_vfsmnt（mnt）;47out:48 return ERR_PTR（error）;49}第4行定义挂载点第12行分配一个新的已安装文件系统的描述符，存放在局部变量mnt中第26行调用文件系统get_sb回调函数，这里是rootfs_get_sb，来初始化一个新的超级块，同时会创建/目录.后面会单独介绍第35行挂载点根目录指向与文件系统根目录对应的目录项对象的地址第36行挂载点父目录指向自己第39行返回局部变量mnt

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