rootfs文件系統簡單分析

rootfs文件系統是基於內存的文件系統，也是虛擬的文件系統，在系統啓動之後，隱藏在真正的根文件系統後面，不能被卸載。
在開始介紹rootfs之前，先介紹一下，rootfs的數據結構，然後再看一下rootfs中的函數rootfs_get_sb是怎麼調用的。
rootfs的數據結構如下

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2行文件系統的名字
第3行掛載文件系統時分配超級塊
第4行卸載文件系統時回收超級塊

01static void __init init_mount_tree(void)
02{
03 .......
04  mnt = do_kern_mount("rootfs", 0, "rootfs", NULL);
05 .......
06}
07struct vfsmount *
08do_kern_mount(const char *fstype, int flags, const char *name, void *data)
09{
10 ....
11 mnt = vfs_kern_mount(type, flags, name, data);
12 ....
13}
14struct vfsmount *
15vfs_kern_mount(struct file_system_type *type, int flags, const char *name, void *data)
16{
17  .....
18 error = type->get_sb(type, flags, name, data, mnt);
19 ......
20}

上面是內核在啓動時掛載rootfs文件系統的簡單流程，其中在第18行是，會調用rootfs文件系統中的rootfs_get_sb函數，其函數如下。

1static int rootfs_get_sb(struct file_system_type *fs_type,
2 int flags, const char *dev_name, void *data, struct vfsmount *mnt)
3{
4 return get_sb_nodev(fs_type, flags|MS_NOUSER, data, ramfs_fill_super,
5       mnt);
6}

[cpp] view plaincopyprint?

01int get_sb_nodev(struct file_system_type *fs_type,
02 int flags, void *data,
03 int (*fill_super)(struct super_block *, void *, int),
04 struct vfsmount *mnt)
05{
06 int error;
07 struct super_block *s = sget(fs_type, NULL, set_anon_super, NULL);
08 if (IS_ERR(s))
09  return PTR_ERR(s);
10 s->s_flags = flags;
11 error = fill_super(s, data, flags & MS_SILENT ? 1 : 0);
12 if (error) {
13  deactivate_locked_super(s);
14  return error;
15 }
16 s->s_flags |= MS_ACTIVE;
17 simple_set_mnt(mnt, s);
18 return 0;
19}

第7行調用sget()函數分配新的超級塊，傳遞set_anon_super()函數的地址作爲參數。用合適的方式設置超級塊的s_dev字段。
第10行將flags參數的值拷到超級塊的s_flags字段中。
第11行的函數指針指向ramfs_fill_super函數，來分配索引節點對象和對應的目錄項對象，並填充超級塊字段的值。由於rootfs是一種特殊文件系統，沒有磁盤超級塊，因此只需執行這兩個超級塊的操作。

01static int ramfs_fill_super(struct super_block * sb, void * data, int silent)
02{
03 struct ramfs_fs_info *fsi;
04 struct inode *inode = NULL;
05 struct dentry *root;
06 int err;
07 save_mount_options(sb, data);
08 fsi = kzalloc(sizeof(struct ramfs_fs_info), GFP_KERNEL);
09 sb->s_fs_info = fsi;
10 if (!fsi) {
11  err = -ENOMEM;
12  goto fail;
13 }
14 err = ramfs_parse_options(data, &fsi->mount_opts);
15 if (err)
16  goto fail;
17 sb->s_maxbytes  = MAX_LFS_FILESIZE;
18 sb->s_blocksize  = PAGE_CACHE_SIZE;
19 sb->s_blocksize_bits = PAGE_CACHE_SHIFT;
20 sb->s_magic  = RAMFS_MAGIC;
21 sb->s_op  = &ramfs_ops;
22 sb->s_time_gran  = 1;
23 inode = ramfs_get_inode(sb, S_IFDIR | fsi->mount_opts.mode, 0);
24 if (!inode) {
25  err = -ENOMEM;
26  goto fail;
27 }
28 root = d_alloc_root(inode);
29 sb->s_root = root;
30 if (!root) {
31  err = -ENOMEM;
32  goto fail;
33 }
34 return 0;
35fail:
36 kfree(fsi);
37 sb->s_fs_info = NULL;
38 iput(inode);
39 return err;
40}

第7行如果文件系統使用generic_show_options()函數，這個函數將回調fill_super()調用，特殊情況下，.remount_fs回調函數，也會處理
第17行給超級塊的文件的最長長度賦值
第18行給超級塊的字節爲單位的塊大小的字段賦值
第19行給超級塊的位爲單位的大小的字段賦值
第21行超級塊的方法指向ramfs_ops結構體的地址
第22行超級塊時間戳的粒度賦值
第23行分配一個新的索引節點，並初始化新的索引節點
第28行分配/目錄
第29行超級塊的根目錄指向/目錄
第35-40行對一些錯誤信息的處理。

01struct inode *ramfs_get_inode(struct super_block *sb, int mode, dev_t dev)
02{
03 struct inode * inode = new_inode(sb);
04 if (inode) {
05  inode->i_mode = mode;
06  inode->i_uid = current_fsuid();
07  inode->i_gid = current_fsgid();
08  inode->i_mapping->a_ops = &ramfs_aops;
09  inode->i_mapping->backing_dev_info = &ramfs_backing_dev_info;
10  mapping_set_gfp_mask(inode->i_mapping, GFP_HIGHUSER);
11  mapping_set_unevictable(inode->i_mapping);
12  inode->i_atime = inode->i_mtime = inode->i_ctime = CURRENT_TIME;
13  switch (mode & S_IFMT) {
14  default:
15   init_special_inode(inode, mode, dev);
16   break;
17  case S_IFREG:
18   inode->i_op = &ramfs_file_inode_operations;
19   inode->i_fop = &ramfs_file_operations;
20   break;
21  case S_IFDIR:
22   inode->i_op = &ramfs_dir_inode_operations;
23   inode->i_fop = &simple_dir_operations;
24   /* directory inodes start off with i_nlink == 2 (for "." entry) */
25   inc_nlink(inode);
26   break;
27  case S_IFLNK:
28   inode->i_op = &page_symlink_inode_operations;
29   break;
30  }
31 }
32 return inode;
33}

第3行分配一個新的索引節點
第5行對索引節點的模式賦值
第6行對索引節點的所有者標識符字段賦值
第7行對索引節點的組標識符字段賦值
第10行對索引節點的指向address_space對象的方法賦值(後面會分析)
第11行對索引節點的指向address_space對象的設備信息賦值
第12行索引節點的上次訪問時間，上次寫時間，索引節點修改時間都賦值爲現在時間
第13行switch語句，用於多分支選擇，這裏面是選擇17行的代碼
第14行默認情況是使用init_special_inode函數，主要用字符設備，塊設備的索引節點
第18行索引節點的方法指向ramfs_file_inode_operations;
第19行索引節點的文件方法操作指向ramfs_file_operations。
第22行如果是文件夾操作，其方法指向ramfs_dir_inode_operations;
第23行其文件操作的方法也相應的指向simple_dir_operations;
第32行返回索引節點。

01struct dentry * d_alloc_root(struct inode * root_inode)
02{
03 struct dentry *res = NULL;
04 if (root_inode) {
05  static const struct qstr name = { .name = "/", .len = 1 };
06  res = d_alloc(NULL, &name);
07  if (res) {
08   res->d_sb = root_inode->i_sb;
09   res->d_parent = res;
10   d_instantiate(res, root_inode);
11  }
12 }
13 return res;
14}

第4行這裏面的root_inode爲真值
第5行對name結構體初始化
第6行分配一個dcache 目錄
第8行目錄項的超級塊指向指向索引節點的超級塊指針
第9行目錄項的父指針指向自己
第10填充索引節點信息爲根目錄。
其實，目錄項也可以當作目錄文件對待，但目錄項結構與inode結構所描述的目標是不同，目錄結構所代表的是邏輯意義上的文件，記錄的是其邏輯上的屬性。而inode結構所代表的是物理意義上的文件，記錄的是其物理上的屬性。