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。

ramfs

ramf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。

rootfs

rootfs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;

04

05    /* Base hash sizes on available memory, with a reserve equal to

06           150% of current kernel size */

07

08    reserve = min((mempages - nr_free_pages()) * 3/2, mempages - 1);

09    mempages -= reserve;

10

11    names_cachep = kmem_cache_create("names_cache", PATH_MAX, 0,

12                  SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_PANIC, NULL);

13

14    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;

05

06    init_rwsem(&namespace_sem);

07

08    mnt_cache = kmem_cache_create("mnt_cache", sizeof(struct vfsmount),

09                  0, SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC, NULL);

10

11    mount_hashtable = (struct list_head *)__get_free_page(GFP_ATOMIC);

12

13    if (!mount_hashtable)

14           panic("Failed to allocate mount hash table\n");

15

16    printk("Mount-cache hash table entries: %lu\n", HASH_SIZE);

17

18    for (u = 0; u < HASH_SIZE; u++)

19           INIT_LIST_HEAD(&mount_hashtable[u]);

20

21    err = sysfs_init();

22    if (err)

23           printk(KERN_WARNING "%s: sysfs_init error: %d\n",

24                  __func__, err);

25    fs_kobj = kobject_create_and_add("fs", NULL);

26    if (!fs_kobj)

27           printk(KERN_WARNING "%s: kobj create error\n", __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;

04

05    err = bdi_init(&ramfs_backing_dev_info);

06    if (err)

07           return err;

08

09    err = register_filesystem(&rootfs_fs_type);

10    if (err)

11           bdi_destroy(&ramfs_backing_dev_info);

12

13    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;

06

07    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;

20

21    init_task.nsproxy->mnt_ns = ns;

22    get_mnt_ns(ns);

23

24    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;

05

06    if (!type)

07           return ERR_PTR(-ENODEV);

08    mnt = vfs_kern_mount(type, flags, name, data);

09

10    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;

07

08    if (!type)

09           return ERR_PTR(-ENODEV);

10

11    error = -ENOMEM;

12    mnt = alloc_vfsmnt(name);

13    if (!mnt)

14           goto out;

15

16    if (data && !(type->fs_flags & FS_BINARY_MOUNTDATA)) {

17           secdata = alloc_secdata();

18           if (!secdata)

19                  goto out_mnt;

20

21           error = security_sb_copy_data(data, secdata);

22           if (error)

23                  goto out_free_secdata;

24    }

25

26    error = type->get_sb(type, flags, name, data, mnt);

27    if (error < 0)

28           goto out_free_secdata;

29    BUG_ON(!mnt->mnt_sb);

30

31   error = security_sb_kern_mount(mnt->mnt_sb, flags, secdata);

32   if (error)

33          goto out_sb;

34

35    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

linux

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