root_fs文件系统结构分析和内核加载流程-编程知识

概述

1 根文件系统下目录介绍

2 文件系统内容分析

2.1 etc/inittab代码分析

2.2 /etc/init.d/rcS 代码分析

2.3 /etc/mdev.conf代码分析

2.3.1 功能概述

2.3.2 /etc/mdev.conf的详细代码

2.4 /etc/init.d/rcS的源代码文件

3 分析内核中加载root_fs的流程

3.1 调用入口一：vfs_caches_init

3.1.1 init_rootfs

3.1.2 init_mount_tree

3.1.2.1 vfs_kern_mount

3.1.2.2 配置root path

3.2 调用入口二： rest_init函数

3.2.1 函数调用关系

3.2.2 kernel_init函数

概述

本文主要详细分析了root_fs文件系统结构，对该文件目录下的每个类型的文件做了详细的介绍，并讲述各个文件的作用，其在内核中主要实现了什么功能，还介绍了内核加载root_fs的过程，详细跟踪了整个的加载流程，介绍每一个函数的调用关系。

1 根文件系统下目录介绍

嵌入式 Linux 中都需要构建根文件系统，构建根文件系统的规则在 FHS(Filesystem Hierarchy Standard)文档中，下面是根文件系统顶层目录。

目录名称	内容
bin	所有用户都可以使用的、基本的命令。
sbin	基本的系统命令，它们用于启动系统、修复系统等。
usr	共享、只读的程序和数据。
proc	这是个空目录，常作为 proc 文件系统的挂载点。
dev	该目录存放设备文件和其它特殊文件。
etc	系统配置文件，包括启动文件。
lib	存放共享库和可加载块(即驱动程序)，共享库用于启动系统、运行根文件系统中的可执行程序。
boot	引导加载程序使用的静态文件
home	用户主目录，包括供服务账号锁使用的主目录，如 FTP
mnt	临时挂接某个文件系统的挂接点，通常是空目录。也可以在里面创建空的子目录。
opt	给主机额外安装软件所摆放的目录
root	root 用户的主目录
tmp	存放临时文件，通常是空目录。
var	存放可变的数据。

2 文件系统内容分析

默认的内核命令行上有 init=/linuxrc, 因此，在文件系统被挂载后，运行的第一个程序是根目录下的 linuxrc。这是一个指向/bin/busybox 的链接，也就是说，系统起来后运行的第一个程序也就是 busybox 本身。

busybox首先将试图解析/etc/inittab 来获取进一步的初始化配置信息（参考 busybox 源代码 init/init.c 中）parse_inittab()函数。而事实上， root_qtopia 中并没有/etc/inittab 这个配置文件，根据 busybox 的逻辑，它将生成默认的配置。

2.1 etc/inittab代码分析

查看busybox-1.13.3/init/init.c文件中parse_inittab()函数的源码：

代码第701行： new_init_action(SYSINIT, INIT_SCRIPT, "")，也就决定了接下去初始化的脚本是 INIT_SCRIPT 所定义的值。这个宏的默认值是"/etc/init.d/rcS".

#define INITTAB        "/etc/inittab"   /* inittab file location */
#ifndef INIT_SCRIPT
#define INIT_SCRIPT   "/etc/init.d/rcS" /* Default sysinit script. */
#endif

parse_inittab() 函数的源代码

2.2 /etc/init.d/rcS 代码分析

该文件的路径： /etc/init.d/rcS。详细分析代码如下：

代码第3~5行：为启动环境设置必要的环境变量

代码第13行：设置机器的名称

代码第15~18行：

挂载“虚拟”文件系统“/proc”和“/sys”，并且在/dev 目录上挂载一个 ramfs，相当于把原本 NAND Flash 上的只读的/dev 目录“覆盖”上一块可写的空的 SDRAM。

/sys 和挂载了 ramfs 的/dev 是正确创建设备节点的关键。对于 2.6.29 内核来说，已经没有了 devfs 的支持，创建设备节点只有通过两种办法由文件系统完成：

1) 制作文件系统镜像前用 mknod 手动创建好系统中所有的(包括可能有的)设备节点，并把这些节点文件一起做进文件系统镜像中；

2）在文件系统初始化过程中，通过/sys 目录所输出的信息，在/dev 目录下动态的创建系统中当前实际有的设备节点

代码第20~22行：

1）通过 mdev -s 在/dev 目录下建立必要的设备节点；

2）设置内核的 hotplug handler 为 mdev, 即当设备热插拔时，由 mdev 接收来自内核的消息并作出相应的回应, 比如挂载 U 盘。

对于 mdev，需要注意的是，文件系统里存在/etc/mdev.conf 文件，它包含了 mdev 的配置信息。

代码第24~35行：用来挂载其他一些常用的文件系统，并在/var 目录下(同样是ramfs，可写的)新建必要的目录。

代码第36行：用来设定系统时间的，从硬件 RTC 中获取，要获取正确的时间，必须先设置好正确的时间（如何设置 RTC 见用户手册说明）。

代码第39~54行：启动一系列服务:

服务类型	说明
syslog	用于记录内核和应用程序 debug 信息
netd - inetd	一个挂载启动各种网络相关服务的看守进程
httpd - http server	进程
leds	跑马灯看守进程

代码47~48行：配置网络设备(网卡)：设定本机回环地址为 127.0.0.1 2）运行网卡设置脚本/etc/init.d/ifconfig-eth0

查看/etc/init.d/ifconfig-eth0 文件的内容：

#!/bin/sh

echo -n Try to bring eth0 interface up......>/dev/ttySAC0

if [ -f /etc/eth0-setting ] ; thensource /etc/eth0-setting
if grep -q "^/dev/root / nfs " /etc/mtab ; thenecho -n NFS root ... > /dev/ttySAC0elseifconfig eth0 downifconfig eth0 hw ether $MACifconfig eth0 $IP netmask $Mask uproute add default gw $Gatewayfi
echo nameserver $DNS > /etc/resolv.conf
else
if grep -q "^/dev/root / nfs " /etc/mtab ; thenecho -n NFS root ... > /dev/ttySAC0else/sbin/ifconfig eth0 192.168.1.230 netmask 255.255.255.0 upfi
fi

echo Done > /dev/ttySAC0

查看/etc/eth0-setting，源码如下：

2.3 /etc/mdev.conf代码分析

2.3.1 功能概述

在 /etc/mdev.conf文件查看源码：

1）原本串口驱动注册的设备名是 s3c2410_serial0, s3c2410_serial1 和s3c2410_serial2，而 mdev 则会在/dev 目录下对应生成 ttySAC0, ttySAC1 和 ttySAC2 以符合应用程序对于串口设备名称的习惯。

2） /dev/sdcard 和/dev/udisk 永远分别指向 SD 卡和U 盘的第一个分区。

3）当 SD 卡或者 U 盘插入/拔出时，将这个消息传递给自定义的热插拔 handler, /bin/hotplug. 这个程序用于自动挂载可移动设备的，目前是 SD卡和 U 盘。它的逻辑很简单，将 SD 卡或者 U 盘的第一个分区作为 FAT/FAT32 挂载到/sdcard或者/udisk.

注意的问题：

当 SD 卡或者 U 盘上没有分区表或者第一个分区不是 FAT/FAT32 格式的时候，它就不能正常工作

2.3.2 /etc/mdev.conf的详细代码

# system all-writable devices
full        0:0 0666
null        0:0 0666
ptmx        0:0 0666
random      0:0 0666
tty     0:0 0666
zero        0:0 0666

# console devices
tty[0-9]*   0:5 0660
vc/[0-9]*   0:5 0660

# serial port devices
s3c2410_serial0 0:5 0666    =ttySAC0
s3c2410_serial1 0:5 0666    =ttySAC1
s3c2410_serial2 0:5 0666    =ttySAC2
s3c2410_serial3 0:5 0666    =ttySAC3

# loop devices 
loop[0-9]*  0:0 0660    =loop/

# i2c devices
i2c-0       0:0 0666    =i2c/0
i2c-1       0:0 0666    =i2c/1

# frame buffer devices
fb[0-9]     0:0 0666

# input devices
mice        0:0 0660    =input/
mouse.*     0:0 0660    =input/
event.*     0:0 0660    =input/
ts.*        0:0 0660    =input/

# rtc devices
rtc0        0:0 0644    >rtc
rtc[1-9]    0:0 0644

# misc devices
mmcblk0p1   0:0 0600    =sdcard */bin/hotplug.sh
sda1        0:0 0600    =udisk * /bin/hotplug.sh

2.4 /etc/init.d/rcS的源代码文件

#! /bin/sh

PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/usr/local/bin:
runlevel=S
prevlevel=N
umask 022
export PATH runlevel prevlevel

#
#   Trap CTRL-C &c only in this shell so we can interrupt subprocesses.
#
trap ":" INT QUIT TSTP
/bin/hostname FriendlyARM

/bin/mount -n -t proc none /proc
/bin/mount -n -t sysfs none /sys
/bin/mount -n -t usbfs none /proc/bus/usb
/bin/mount -t ramfs none /dev

echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
/sbin/mdev -s
/bin/hotplug
# mounting file system specified in /etc/fstab
mkdir -p /dev/pts
mkdir -p /dev/shm
/bin/mount -n -t devpts none /dev/pts -o mode=0622
/bin/mount -n -t tmpfs tmpfs /dev/shm
/bin/mount -n -t ramfs none /tmp
/bin/mount -n -t ramfs none /var
mkdir -p /var/empty
mkdir -p /var/log
mkdir -p /var/lock
mkdir -p /var/run
mkdir -p /var/tmp

/sbin/hwclock -s

syslogd
/etc/rc.d/init.d/netd start
echo "                        " > /dev/tty1
echo "Starting networking..." > /dev/tty1
/etc/rc.d/init.d/leds start
echo "                        " > /dev/tty1
echo "Starting leds service..." > /dev/tty1
echo "                        "

/sbin/ifconfig lo 127.0.0.1
/etc/init.d/ifconfig-eth0

soundplayer /root/testsound.mp3&
/bin/rtm&

echo "                                  " > /dev/tty1
echo "Starting MiniTest, please waiting..." > /dev/tty1