linux文件系統的系統分析--(三)rootfs的安裝

在《linux文件系統的系統分析--(一)文件系統類型的註冊》我們以rootfs爲例分析了文件系統是如何註冊的，接着我們就分析rootfs的安裝。

在mnt_init-->init_mount_tree:

static void __init init_mount_tree(void)
{
	struct vfsmount *mnt;
	struct mnt_namespace *ns;
	struct path root;

	mnt = do_kern_mount("rootfs", 0, "rootfs", NULL);
	if (IS_ERR(mnt))
		panic("Can't create rootfs");
	ns = create_mnt_ns(mnt);
	if (IS_ERR(ns))
		panic("Can't allocate initial namespace");

	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);
	set_fs_root(current->fs, &root);
}

其中vfsmount結構體用來描述安裝的文件系統；mnt_namespace描述命名空間；

分爲3部分來分析這個函數：

1、mnt = do_kern_mount("rootfs", 0, "rootfs", NULL);這個是安裝操作的核心；

struct vfsmount *
do_kern_mount(const char *fstype, int flags, const char *name, void *data)
{
	struct file_system_type *type = get_fs_type(fstype);
	struct vfsmount *mnt;
	if (!type)
		return ERR_PTR(-ENODEV);
	mnt = vfs_kern_mount(type, flags, name, data);
	if (!IS_ERR(mnt) && (type->fs_flags & FS_HAS_SUBTYPE) &&
	    !mnt->mnt_sb->s_subtype)
		mnt = fs_set_subtype(mnt, fstype);
	put_filesystem(type);
	return mnt;
}

1.1、首先根據“rootfs”這個標識文件系統類型的字符串在file_systems爲表頭的單向鏈表中查找文件系統類型，獲取rootfs文件系統的類型(rootfs_fs_type);

1.2、mnt = vfs_kern_mount(type, flags, name, data);

struct vfsmount *
vfs_kern_mount(struct file_system_type *type, int flags, const char *name, void *data)
{
	struct vfsmount *mnt;
	char *secdata = NULL;
	int error;

	if (!type)
		return ERR_PTR(-ENODEV);

	error = -ENOMEM;
	mnt = alloc_vfsmnt(name);
	if (!mnt)
		goto out;

	if (flags & MS_KERNMOUNT)
		mnt->mnt_flags = MNT_INTERNAL;

	if (data && !(type->fs_flags & FS_BINARY_MOUNTDATA)) {
		secdata = alloc_secdata();
		if (!secdata)
			goto out_mnt;

		error = security_sb_copy_data(data, secdata);
		if (error)
			goto out_free_secdata;
	}

	error = type->get_sb(type, flags, name, data, mnt);
	if (error < 0)
		goto out_free_secdata;
	BUG_ON(!mnt->mnt_sb);
	WARN_ON(!mnt->mnt_sb->s_bdi);

	error = security_sb_kern_mount(mnt->mnt_sb, flags, secdata);
	if (error)
		goto out_sb;

	/*
	 * filesystems should never set s_maxbytes larger than MAX_LFS_FILESIZE
	 * but s_maxbytes was an unsigned long long for many releases. Throw
	 * this warning for a little while to try and catch filesystems that
	 * violate this rule. This warning should be either removed or
	 * converted to a BUG() in 2.6.34.
	 */
	WARN((mnt->mnt_sb->s_maxbytes < 0), "%s set sb->s_maxbytes to "
		"negative value (%lld)\n", type->name, mnt->mnt_sb->s_maxbytes);

	mnt->mnt_mountpoint = mnt->mnt_root;
	mnt->mnt_parent = mnt;
	up_write(&mnt->mnt_sb->s_umount);
	free_secdata(secdata);
	return mnt;
out_sb:
	dput(mnt->mnt_root);
	deactivate_locked_super(mnt->mnt_sb);
out_free_secdata:
	free_secdata(secdata);
out_mnt:
	free_vfsmnt(mnt);
out:
	return ERR_PTR(error);
}

1.2.1、mnt = alloc_vfsmnt(name);初始化struct vfsmount *mnt;結構體;

1.2.2、error = type->get_sb(type, flags, name, data, mnt);調用rootfs的get_sb方法rootfs_get_sb來獲取超級塊：

static int rootfs_get_sb(struct file_system_type *fs_type,
	int flags, const char *dev_name, void *data, struct vfsmount *mnt)
{
	return get_sb_nodev(fs_type, flags|MS_NOUSER, data, ramfs_fill_super,
			    mnt);
}

get_sb_nodev函數主要步驟如下：

1.2.2.1、struct super_block *s = sget(fs_type, NULL, set_anon_super, NULL);
set_anon_super獲得一個未使用的次設備號dev，然後用主設備號0和次設備號dev設置s的s_dev字段

調用alloc_super函數來初始化s，然後對s這個super_block超級塊的幾個關鍵字段賦值：

s的s_dev字段就是前面提到的設備號，s的s_type就是rootfs_fs_type這個file_system_type結構體類型的指針，

s的s_id字段放置文件系統類型的名稱"rootfs",將新建的super_block對象加入以super_blocks爲頭的雙向鏈表中，鏈接的字段是struct list_head s_list;

將s的s_instances字段加入rootfs的的fs_supers雙向鏈表頭，這裏表明同一種文件系統類型可以有多個super_block,有多個實例，這些鬥用fs_supers串起來。

1.2.2.2、調用rootfs的fill_super(ramfs_fill_super)來分配索引節點對象和對應的目錄項對象，並填充超級塊字段值。這裏會建立rootfs的“/”目錄項對象和索引節點對象。

sb->s_root = root; 這個root就是“/”目錄項對象。

1.2.2.3、將mnt的mnt_sb指向剛建的super_block超級塊對象，將mnt的mnt_root指向sb的s_root對象("/"的目錄項對象)

1.2.3、

mnt->mnt_mountpoint = mnt->mnt_root; 安裝樹的根的目錄項和安裝點的目錄項都指向前面的root(rootfs的"/"目錄項對象)
mnt->mnt_parent = mnt; 將我們mount的文件系統指向自己。比如在/mnt/a下是mount了一塊ext2的磁盤，在/mnt/a/b下又mount omfs文件系統，那麼這裏的parent就可以指明這個關係。

2、ns = create_mnt_ns(mnt);

新建一個私有的命名空間(mnt_namespace)，並添加root fs:

mnt->mnt_ns = new_ns;
new_ns->root = mnt;
list_add(&new_ns->list, &new_ns->root->mnt_list);

3、

root.mnt = ns->root;
root.dentry = ns->root->mnt_root;

set_fs_pwd(current->fs, &root);
set_fs_root(current->fs, &root);

將進程0的根目錄和當前工作目錄設備爲根文件系統。

到目前我們看得rootfs都是基於內存的數據，要真正安裝根文件系統，就要安裝實際的文件系統。我們以磁盤的文件系統爲例。

在系統初始化的最後部分：

start_kernel-->rest_init-->kernel_init-->prepare_namespace

1、把root_device_name變量設置爲從啓動參數"root"中獲取的設備文件名。同樣把ROOT_DEV變量設置爲同一設備文件的主設備號和次設備號。

實際上代碼中會優先將root_device_name和mtd ubi做對比，如果有這樣的flash設備，就從flash上建立文件系統。

2、還是以磁盤說明，調用mount_root函數：

2.1、調用sys_mknod在rootfs初始根文件系統中創建設備文件/dev/root,其主次設備號與ROOT_DEV中的一樣。

2.2、分配一個緩衝區並用文件系統類型名鏈表填充它。該鏈表通過啓動參數"rootfstype"傳送給內核，也可以通過file_systems爲頭的單向鏈表中獲取元素建立。

2.3、掃描上面建立的鏈表，對每一種文件系統鬥調用sys_mount在根目錄上安裝給定的文件系統類型。但是由於每種文件系統都有自己的magic，在get_sb時候會從

物理設備的特定位置讀到magic，這個magic實在mkfs的時候寫入物理設備的。因爲magic的存在，所以大多數文件系統不可用，只有一個例外，就是用根設備上實際使用過的文件系統的函數來填充超級塊的那個調用，該文件系統安裝在rootfs文件系統的/root目錄。

3、

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

移動rootfs文件系統目錄上的已安裝文件系統的安裝點。

注意的是：rootfs文件系統沒有卸載，只是隱藏在基於磁盤(磁盤或flash這種存儲介質)的根文件系統下了。

舉個例子說明：

在pc的ubuntu下，

lrwxrwxrwx 1 root root 4 2012-04-03 14:46 /dev/root -> sda7

sda7是安裝ubuntu的盤

df -TH結果如下：

Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda7 ext4 27G 24G 1011M 97% /
none devtmpfs 494M 716K 493M 1% /dev
none tmpfs 500M 1.3M 499M 1% /dev/shm
none tmpfs 500M 384K 500M 1% /var/run
none tmpfs 500M 0 500M 0% /var/lock

看到的是ext4文件系統是在/dev/sda7這個磁盤上的，但它作爲實際的根文件系統，mount在"/"上了。

因爲是雙系統，還可以看到：

/dev/sda5 fuseblk 156G 141G 15G 91% /media/DATAPART

win下的磁盤都被linux掛在/media目錄下了。

到這裏，"/"終於出現了！