VFS-根文件系统挂载

在linux中所有的文件系统都组成了一棵树，那么最开始的那个树是怎么来的呢？

一、根文件系统的挂点－”\”

在安装Linux的时候，需要一个分区作为根分区”/”，类型通常为ext3，这个分区中的ext3文件系统就是最初的那棵树，linux启动初始化的时候，会将这个分区的文件系统挂载在VFS中的”/”目录上，”/” 也是一个目录，那它属于什么文件系统呢？

它属于rootfs文件系统，这是特殊文件系统中的一种，存在于内存中，那是如何生成”\”的呢？

当启动时候，引导程序会将linux的内核镜像(不是全部linux)加载的内存后会执行main，main中的Start_kernel()中会调用到mnt_init函数，可以看到这个函数中其中调用了两个函数：init_rootfs()和init_mount_tree()，init_rootfs()函数的作用是通过调用register_filesystem(&rootfs_fs_type)注册rootfs文件系统，init_mount_tree()函数的作用是rootfs文件系统的挂载，并在此文件系统中建立一个”\”目录。

rootfs文件系统类型

static struct file_system_type rootfs_fs_type = {

.name = "rootfs",

.get_sb = rootfs_get_sb, //get_sb的方法为rootfs_get_sb，这个在init_mnt_tree中会用到

.kill_sb = kill_litter_super,

};

二、根文件系统的挂载

首先说明一个问题，加载根文件系统是从块设备上加载的，就要读取块设备，就需要驱动，而linux对驱动的管理是以可加载模块的形式，因此，在动态加载了设备驱动后，再挂载设备上的文件系统作为根文件系统。

这个动态加载过程是通过initrd机制实现的。

initrd 的英文含义是 boot loader initialized RAM disk，就是由 boot loader 初始化的内存盘。在 linux内核启动前， boot loader 会将存储介质中的 initrd 文件加载到内存，内核启动时会在访问真正的根文件系统前先访问该内存中的 initrd中的脚本文件。在 boot loader 配置了 initrd 的情况下，内核启动被分成了两个阶段，第一阶段先执行 initrd 文件系统中的linuxrc，完成加载驱动模块等任务，第二阶段才会执行真正的根文件系统中的 /sbin/init 进程。这样做的好处是，linux的一些功能，例如对硬件的支持可以做成可加载模块，而不是直接编译到内核，通过修改配置文件，就可以在启动的时候，根据需要加载某些模块，这样就避免了linux的冗余。

initrd中的内容并不是直接拷贝的内存直接访问的，而是借助ramdisk，在initrd文件加载到内存中，然后判断是initrd格式后，在rootfs的”/”下为其建立一个initrd.image文件，接着注册一个ramdisk设备(/dev/ram0)，将initrd.image文件中的内容拷贝到这个内存闪盘中，并将这个设备作为原始根文件系统，这样就可以访问initrd中的文件实现模块的加载和根文件系统的安装了，根文件系统安装后会替换调原始文件系统，用真正的文件系统中的”\”替换调rootfs的”\”。

即：

image-initrd的处理流程

1． boot loader把内核以及initrd文件加载到内存的特定位置。

2．内核判断initrd的文件格式，如果不是cpio格式，将其作为image-initrd处理。

3．内核将initrd的内容保存在rootfs下的/initrd.image文件中。

4．内核将/initrd.image的内容读入/dev/ram0设备中，也就是读入了一个内存盘中。

5．接着内核以可读写的方式把/dev/ram0设备挂载为原始的根文件系统。

6． .如果/dev/ram0被指定为真正的根文件系统，那么内核跳至最后一步正常启动。

7．执行initrd上的/linuxrc文件，linuxrc通常是一个脚本文件，负责加载内核访问根文件系统必须的驱动，以及加载根文件系统。

8． /linuxrc执行完毕，常规根文件系统被挂载

9．如果常规根文件系统存在/initrd目录，那么/dev/ram0将从/移动到/initrd。否则如果/initrd目录不存在， /dev/ram0将被卸载。

10．在常规根文件系统上进行正常启动过程，执行/sbin/init。

具体过程：

initrd相关代码的调用层次关系图

init函数是内核所有初始化代码的入口，代码如下，其中只保留了同initrd相关部分的代码。

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static int init(void * unused){

[1] populate_rootfs();

[2] if (sys_access((const char __user *) "/init", 0) == 0)

execute_command = "/init";

else

prepare_namespace();

[3] if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)

printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");

(void) sys_dup(0);

[4] if (execute_command)

run_init_process(execute_command);

run_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.");

}

代码[1]：populate_rootfs函数负责加载initramfs和cpio-initrd，对于populate_rootfs函数的细节后面会讲到。

代码[2]：如果rootfs的根目录下中包含/init进程，则赋予execute_command,在init函数的末尾会被执行。否则执行prepare_namespace函数，initrd是在该函数中被加载的。

代码[3]：将控制台设置为标准输入，后续的两个sys_dup(0),则复制标准输入为标准输出和标准错误输出。

代码[4]：如果rootfs中存在init进程，就将后续的处理工作交给该init进程。其实这段代码的含义是如果加载了cpio-initrd则交给cpio-initrd中的/init处理，否则会执行realfs中的init。读者可能会问：如果加载了cpio-initrd, 那么realfs中的init进程不是没有机会运行了吗？确实，如果加载了cpio-initrd,那么内核就不负责执行realfs的init进程了，而是将这个执行任务交给了cpio-initrd的init进程。解开fedora core4的initrd文件，会发现根目录的下的init文件是一个脚本，在该脚本的最后一行有这样一段代码：

………..

switchroot --movedev /sysroot

就是switchroot语句负责加载realfs,以及执行realfs的init进程。

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对cpio-initrd的处理

对cpio-initrd的处理位于populate_rootfs函数中。

void __init populate_rootfs(void){

[1] char *err = unpack_to_rootfs(__initramfs_start,

__initramfs_end - __initramfs_start, 0);

[2] if (initrd_start) {

[3] err = unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,

initrd_end - initrd_start, 1);

[4] if (!err) {

printk(" it is\n");

unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,

initrd_end - initrd_start, 0);

free_initrd_mem(initrd_start, initrd_end);

return;

}

[5] fd = sys_open("/initrd.image", O_WRONLY|O_CREAT, 700);

if (fd >= 0) {

sys_write(fd, (char *)initrd_start,

initrd_end - initrd_start);

sys_close(fd);

free_initrd_mem(initrd_start, initrd_end);

}

代码[1]：加载initramfs， initramfs位于地址__initramfs_start处，是内核在编译过程中生成的，initramfs的是作为内核的一部分而存在的，不是 boot loader加载的。前面提到了现在initramfs没有任何实质内容。

代码[2]：判断是否加载了initrd。无论哪种格式的initrd，都会被boot loader加载到地址initrd_start处。

代码[3]：判断加载的是不是cpio-initrd。实际上 unpack_to_rootfs有两个功能一个是释放cpio包，另一个就是判断是不是cpio包，这是通过最后一个参数来区分的， 0：释放 1：查看。

代码[4]：如果是cpio-initrd则将其内容释放出来到rootfs中。

代码[5]：如果不是cpio-initrd,则认为是一个image-initrd，将其内容保存到/initrd.image中。在后面的image-initrd的处理代码中会读取/initrd.image。

对image-initrd的处理在prepare_namespace函数里，包含了对image-initrd进行处理的代码，相关代码如下：

void __init prepare_namespace(void){

[1] if (initrd_load())

goto out;

out:

umount_devfs("/dev");

[2] sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);

sys_chroot(".");

security_sb_post_mountroot();

mount_devfs_fs ();

}

代码[1]：执行initrd_load函数，将initrd载入，如果载入成功的话initrd_load函数会将realfs的根设置为当前目录。

代码[2]：将当前目录即realfs的根mount为Linux VFS的根。initrd_load函数执行完后，将真正的文件系统的根设置为当前目录。

initrd_load函数负责载入image-initrd，代码如下：

int __init initrd_load(void)

{

[1] if (mount_initrd) {

透射电镜制样 create_dev("/dev/ram", Root_RAM0, NULL);

[2] if (rd_load_image("/initrd.image") && ROOT_DEV != Root_RAM0) {

sys_unlink("/initrd.image");

handle_initrd();

return 1;

}

sys_unlink("/initrd.image");

return 0;

}

代码[1]：如果加载initrd则建立一个ram0设备 /dev/ram。

代码[2]：/initrd.image文件保存的就是image-initrd，rd_load_image函数执行具体的加载操作，将image-nitrd的文件内容释放到ram0里。判断ROOT_DEV!=Root_RAM0的含义是，如果你在grub或者lilo里配置了 root=/dev/ram0 ,则实际上真正的根设备就是initrd了，所以就不把它作为initrd处理，而是作为realfs处理。

handle_initrd()函数负责对initrd进行具体的处理，代码如下：

static void __init handle_initrd(void){

[1] real_root_dev = new_encode_dev(ROOT_DEV);

[2] create_dev("/dev/root.old", Root_RAM0, NULL);

mount_block_root("/dev/root.old", root_mountflags & ~MS_RDONLY);

[3] 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 */

[4] sys_chdir("/root");

sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);

sys_chroot(".");

mount_devfs_fs ();

[5] pid = kernel_thread(do_linuxrc, "/linuxrc", SIGCHLD);

if (pid > 0) {

while (pid != sys_wait4(-1, &i, 0, NULL))

yield();

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/* move initrd to rootfs' /old */

sys_fchdir(old_fd);

sys_mount("/", ".", NULL, MS_MOVE, NULL);

/* switch root and cwd back to / of rootfs */

[6] sys_fchdir(root_fd);

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sys_chroot(".");

sys_close(old_fd);

sys_close(root_fd);

umount_devfs("/old/dev");

[7] if (new_decode_dev(real_root_dev) == Root_RAM0) {

sys_chdir("/old");

return;

}

[8] ROOT_DEV = new_decode_dev(real_root_dev);

mount_root();

[9] printk(KERN_NOTICE "Trying to move old root to /initrd ... ");

error = sys_mount("/old", "/root/initrd", NULL, MS_MOVE, NULL);

if (!error)

printk("okay\n");

else {

int fd = sys_open("/dev/root.old", O_RDWR, 0);

printk("failed\n");城市排水

printk(KERN_NOTICE "Unmounting old root\n");

sys_umount("/old", MNT_DETACH);

printk(KERN_NOTICE "Trying to free ramdisk memory ... ");

if (fd < 0) {

error = fd;

} else {

error = sys_ioctl(fd, BLKFLSBUF, 0);

sys_close(fd);

}

printk(!error ? "okay\n" : "failed\n");

}

本文发布于:2024-09-25 19:24:02，感谢您对本站的认可！

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