linux文件系统的系统分析--(三)rootfs的安装

在《linux文件系统的系统分析--(一)文件系统类型的注册》我们以rootfs为例分析了文件系统是如何注册的，接着我们就分析rootfs的安装。
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结构体用来描述安装的文件系统；mnt_namespace描述命名空间；

分为3部分来分析这个函数：

1、mnt = do_kern_mount("rootfs", 0, "rootfs", NULL);这个是安装操作的核心；

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、首先根据“rootfs”这个标识文件系统类型的字符串在file_systems为表头的单向链表中查找文件系统类型，获取rootfs文件系统的类型(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;结构体;

1.2.2、error = type->get_sb(type, flags, name, data, mnt);调用rootfs的get_sb方法rootfs_get_sb来获取超级块：

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函数主要步骤如下：

1.2.2.1、struct super_block *s = sget(fs_type, NULL, set_anon_super, NULL);

set_anon_super获得一个未使用的次设备号dev，然后用主设备号0和次设备号dev设置s的s_dev字段
调用alloc_super函数来初始化s，然后对s这个super_block超级块的几个关键字段赋值：
s的s_dev字段就是前面提到的设备号，s的s_type就是rootfs_fs_type这个file_system_type结构体类型的指针，
s的s_id字段放置文件系统类型的名称"rootfs",将新建的super_block对象加入以super_blocks为头的双向链表中，链接的字段是struct
list_head s_list;
将s的s_instances字段加入rootfs的的fs_supers双向链表头，这里表明同一种文件系统类型可以有多个super_block,有多个实例，这些斗用fs_supers串起来。

1.2.2.2、调用rootfs的fill_super(ramfs_fill_super)来分配索引节点对象和对应的目录项对象，并填充超级块字段值。这里会建立rootfs的“/”目录项对象和索引节点对象。

sb->s_root = root; 这个root就是“/”目录项对象。

1.2.2.3、将mnt的mnt_sb指向刚建的super_block超级块对象，将mnt的mnt_root指向sb的s_root对象("/"的目录项对象)

1.2.3、

mnt->mnt_mountpoint = mnt->mnt_root; 安装树的根的目录项和安装点的目录项都指向前面的root(rootfs的"/"目录项对象)

mnt->mnt_parent = mnt; 将我们mount的文件系统指向自己。比如在/mnt/a下是mount了一块ext2的磁盘，在/mnt/a/b下又mount omfs文件系统，那么这里的parent就可 以指明这个关系。

2、ns = create_mnt_ns(mnt);

新建一个私有的命名空间(mnt_namespace)，并添加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);

将进程0的根目录和当前工作目录设备为根文件系统。

到目前我们看得rootfs都是基于内存的数据，要真正安装根文件系统，就要安装实际的文件系统。我们以磁盘的文件系统为例。

在系统初始化的最后部分：

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

1、把root_device_name变量设置为从启动参数"root"中获取的设备文件名。同样把ROOT_DEV变量设置为同一设备文件的主设备号和次设备号。

实际上代码中会优先将root_device_name和mtd ubi做对比，如果有这样的flash设备，就从flash上建立文件系统。

2、还是以磁盘说明，调用mount_root函数：

2.1、调用sys_mknod在rootfs初始根文件系统中创建设备文件/dev/root,其主次设备号与ROOT_DEV中的一样。

2.2、分配一个缓冲区并用文件系统类型名链表填充它。该链表通过启动参数"rootfstype"传送给内核，也可以通过file_systems为头的单向链表中获取元素建立。

2.3、扫描上面建立的链表，对每一种文件系统斗调用sys_mount在根目录上安装给定的文件系统类型。但是由于每种文件系统都有自己的magic，在get_sb时候会从

物理设备的特定位置读到magic，这个magic实在mkfs的时候写入物理设备的。因为magic的存在，所以大多数文件系统不可用，只有一个例外，就是用根设备上实际 使用过的文件系统的函数来填充超级块的那个调用，该文件系统安装在rootfs文件系统的/root目录。

3、

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

sys_chroot(".");

移动rootfs文件系统目录上的已安装文件系统的安装点。

注意的是：rootfs文件系统没有卸载，只是隐藏在基于磁盘(磁盘或flash这种存储介质)的根文件系统下了。

举个例子说明：

在pc的ubuntu下，

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

sda7是安装ubuntu的盘

df -TH结果如下：

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文件系统是在/dev/sda7这个磁盘上的，但它作为实际的根文件系统，mount在"/"上了。

因为是双系统，还可以看到：

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

win下的磁盘都被linux挂在/media目录下了。

到这里，"/"终于出现了！