第3阶段——内核启动分析之prepare_namespace()如何挂载根文件系统和mtd分区介绍(6)

内核启动并初始化后,最终目的是像Windows一样能启动应用程序,在windows中每个应用程序都存在C盘、D盘等,而linux中每个应用程序是存放在根文件系统里面,那么挂载根文件系统在哪里,怎么实现最终目的运行应用程序？

1.内核运行应用程序步骤:

1.1首先是进入stext函数启动内核:

ENTRY(stext):

... ...                           //启动内核

b start_kernel                    //跳转start_kernel()

1.2然后进入strat_kernel()初始化:

asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
...
setup_arch(&command_line);           //解析uboot传入的启动参数
setup_command_line(command_line);    //解析uboot传入的启动参数
....
/*查找内核参数*/
parse_early_param()
{
do_early_param()；              //从__setup_start到__setup_end查找early非0的函数,后面会分析
}
/*查找内核参数*/
unknown_bootoption()
{
obsolete_checksetup();      //从__setup_start到__setup_end查找early为0的函数,后面会分析
}
...
rest_init();                                //进入rest_init()
}

1.3.进入rest_init()启动init进程

static void noinline __init_refok rest_init(void)
{
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);  //启动init进程，然后进入kernel_init中启动应用程序
... ...

}

1.4进入kernel_init

static int __init kernel_init(void * unused)
{
... ...
prepare_namespace()              //进入prepare_namespace函数,挂载系统
{
... ...      / /通过解析出来的命令行参数” root=/dev/mtdblock3”来挂接根文件系统 mount_root();   //开始挂载
}
init_post()                               //进入init_post() 函数,运行应用程序
{
/*   打开dev/console,并提供输入、输出、错误提示    */
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);
(void) sys_dup(0);
... ...
run_init_process("/sbin/init");        //执行应用程序
run_init_process("/etc/init");         //执行应用程序
run_init_process("/bin/init");        //执行应用程序
run_init_process("/bin/sh");         //执行应用程序
}

接下来我们就开始详细分析prepare_namespace()如何挂载文件系统

4 首先分析1.3节的prepare_namespace()函数中怎么挂接的文件系统”root=/dev/mtdblock3”

prepare_namespace()代码如下 (mtdblock3:mtd分区3(kernel分区))

void __init prepare_namespace(void)
{
... ...
if (saved_root_name[0]) //判断saved_root_name[0]数组是否为空
{
root_device_name = saved_root_name;
if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3)) {     //比较root_device_name数组是否已mtd开头？
mount_block_root(root_device_name, root_mountflags);
goto out; }                              //是mtd，则跳转到out,直接挂载

ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);
if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0) //比较是不是已/dev/开头
root_device_name += 5;                 //是的话，+5找到mtd开头
}

is_floppy = MAJOR(ROOT_DEV) == FLOPPY_MAJOR;
if (initrd_load())
goto out;
if (is_floppy && rd_doload && rd_load_disk(0))
ROOT_DEV = Root_RAM0;
mount_root();       //将实际文件系统挂载到rootfs的/root目录

out:
sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);
sys_chroot(".");
security_sb_post_mountroot();
}

从上面代码得出,saved_root_name数组通过名字可以得出，是用来保存root文件系统的名字” /dev/mtdblock3”.

5 bootags参数又是怎么保存到数组的呢?,通过搜索”saved_root_name”,找到如下代码：

static int __init root_dev_setup(char *line)
{
strlcpy(saved_root_name, line, sizeof(saved_root_name));        //复制saved_root_name数组
return 1;
}

__setup("root=", root_dev_setup);

其中root_dev_setup()函数是用来将line数组中的数据统统复制到saved_root_name数组中

__setup("root=", root_dev_setup);中有”root=”,猜测下，这个估计就是用来匹配命令行中以”root=”开头的字符串，然后再将” root=/dev/mtdblock3”中的”/dev/mtdblock3”放在saved_root_name数组中

6.接下来分析上面的__setup("root=", root_dev_setup)宏定义

我们搜索__setup宏，找到它在include/linux/init.h中定义:

#define __setup_param(str, unique_id, fn, early)          \    //定义__setup_param(str, unique_id, fn, early)
/*定义字符串数组__setup_str_##unique_id[]=str; \表示还在define中     */
static char __setup_str_##unique_id[] __initdata = str;    \      //相当于: __setup_str_ root_dev_setup[]="root="
/*定义结构体obs_kernel_param型__setup_##unique_id*/
static struct  obs_kernel_param  __setup_##unique_id\
__attribute_used__                                   \
__attribute__((__section__(".init.setup")))        \    //设置.init.setup段
__attribute__((aligned((sizeof(long)))))    \
= { __setup_str_##unique_id, fn, early }   //将"root=",root_dev_setup,0 放在 .init.setup段中

#define __setup(str, fn)                   \        //定义__setup(str, fn)使用__setup_param(str, fn, fn, 0)
__setup_param(str, fn, fn, 0)

最终__setup("root=", root_dev_setup)宏= { __setup_str_ root_dev_setup[], root_dev_setup , 0 };

在.init.setup段中存放了3个成员，第一个成员是字符串数组等于”root=”,第二个成员是一个函数,第三个成员early=0；

其中.init.setup段在vmlinux.lds中使用(.init.setup段用于存放特殊的内容,比如命令行参数).

vmlinux.lds部分代码如下:

311   . = ALIGN(16);
312   __setup_start = .;
313    *(.init.setup)                 //存放.init.setup段
314   __setup_end = .;

7.接下来分析宏__setup("root=", root_dev_setup);又是怎么被调用的

由于通过宏”__setup("root=", root_dev_setup);”最终被存在了.init.setup段里，

所以首先搜索”__setup_start”，发现在init/main.c中do_early_param函数和obsolete_checksetup函数都使用了它

7.1先来分析[b]do_early_param函数,首先我们看看它被谁调用[/b]

搜索do_early_param，发现它被parse_early_param()函数调用,如下图：



然后搜索parse_early_param(),发现它在start_kernel函数中使用,如下图:



得出:在内核启动start_kernel()中会处理这个do_early_param函数.

7.1.1接下来分析do_early_param源码:

static int __init do_early_param(char *param, char *val)
{
struct obs_kernel_param  *p;                //定义obs_kernel_param结构体指针*p
for (p = __setup_start; p < __setup_end; p++)   //查找.init.setup段的内容
{if (p->early && strcmp(param, p->str) == 0) {
if (p->setup_func(val) != 0)                //处理early非0的函数
printk(KERN_WARNING
"Malformed early option '%s'\n", param);
}}
}

上面obs_kernel_param的结构体定义如下，刚好对应了

struct obs_kernel_param {
const char *str;                //__setup_str_ root_dev_setup[]=”root=”
int (*setup_func)(char *);        // root_dev_setup(char *line)
int early;                     // early=0
};

__setup("root=", root_dev_setup)宏= { __setup_str_ root_dev_setup[], root_dev_setup , 0 }中的3个成员。

由于__setup("root=", root_dev_setup)的early=0,所以if (p->early && strcmp(param, p->str) == 0)永远不成立.

所以在内核启动strat_kernel()函数中会通过do_early_param函数是处理early不为0的函数。

7.2然后分析obsolete_checksetup[b]函数,首先我们看看它被谁调用[/b]

搜索obsolete_checksetup，发现它被unknown_bootoption ()函数调用:



然后搜索unknown_bootoption (),发现它在start_kernel函数中使用, 如下图:



得出:在内核启动start_kernel()中会处理这个do_early_param函数.

7.2.1接下来分析obsolete_checksetup源码:

static int __init obsolete_checksetup(char *line)
{
struct obs_kernel_param *p;         //定义obs_kernel_param型结构体指针
int had_early_param = 0;
p = __setup_start;
do {
int n = strlen(p->str);
if (!strncmp(line, p->str, n))            //确定是否有内容
{
if (p->early) {                          //early非0,则不执行函数
if (line
== '\0' || line
== '=')
had_early_param = 1;
}
else if (!p->setup_func) {                //  处理early为0的函数，
printk(KERN_WARNING "Parameter %s is obsolete,"
" ignored\n", p->str);
return 1; }

else if (p->setup_func(line + n))             //处理early为0的函数
return 1;
}
p++;
} while (p < __setup_end);        //从__setup_start到__setup_end查找
return had_early_param;
}

通过上面代码分析得出:

__setup("root=", root_dev_setup)宏= { __setup_str_ root_dev_setup[], root_dev_setup , 0 }中的第三个成员early=0， 会执行root_dev_setup()函数,然后将文件系统目录拷贝到全局变量saved_root_name[]数组中,使后面的函数来挂载文件系统.

所以在内核启动strat_kernel()函数中会通过obsolete_checksetup函数处理early为0的函数。

8 root=/dev/mtdblock3 分析:

在flash中没有分区表，在内核中,mtdblock3又在哪里体现出来的？

和uboot一样，它也是在内核代码中已经写好了的，

在内核中可以通过启动内核,从串口上可以看到分区表,如下图:



从上面得出,在flash中定义了4大分区:
bootloader :存放u-boot
boot parameters :存放一些可以设置的参数,供u-boot使用
kernel :存放内核区
root filesystem :根文件系统,挂载(mount)后才能使用文件系统中的应用程序

8.1它们又是在内核代码中哪里体现出来的呢？

1. 在linux-2.6.22.6目录下通过 grep
"\"bootloader\"" * -nR 搜索分区代码,如下图



由于使用的是ARM架构,CPU2440,所以找到上面红线处的行, 才是我们需要的。

然后进入arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c中，找到120行,代码如下:

static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = {
[0] = {                                      // mtdblock0
.name   = "bootloader",
.size   = 0x00040000,
.offset         = 0,
},

[1] = {                                      // mtdblock1
.name   = "params",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND,  //表示紧跟着前面的地址后面,为偏移地址,= 0x00040000
.size   = 0x00020000,
},

[2] = {                                     // mtdblock2
.name   = "kernel",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND, //表示紧跟着前面的地址后面,为偏移地址,= 0x00060000
.size   = 0x00200000,
},

[3] = {                                     // mtdblock3
.name   = "root",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND, //表示紧跟着前面的地址后面,为偏移地址,= 0x00260000
.size   = MTDPART_SIZ_FULL,
}

};

接下来开始分析init_post()如何启动第1个程序