linux内核最后如何挂载根文件系统

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一、前世今生

在kernel_init线程函数中会调用kernel_init_freeable（）函数，在kernel_init_freeable函数中将调用prepare_namespace（）函数挂载根文件系统。

【漫漫长路，挂载开始啦！！！】

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二、kernel_init线程入口

kernel_init()函数如下所示（/init/main.c）：

static int __ref kernel_init(void *unused)
{
	int ret;

	kernel_init_freeable();
    
	async_synchronize_full();
	free_initmem();
	mark_rodata_ro();
	system_state = SYSTEM_RUNNING;
	numa_default_policy();

	flush_delayed_fput();

	if (ramdisk_execute_command) {
		ret = run_init_process(ramdisk_execute_command);
		if (!ret)
			return 0;
		pr_err("Failed to execute %s (error %d)\n",
		       ramdisk_execute_command, ret);
	}

	if (execute_command) {
		ret = run_init_process(execute_command);
		if (!ret)
			return 0;
		panic("Requested init %s failed (error %d).",
		      execute_command, ret);
	}
	if (!try_to_run_init_process("/sbin/init") ||
	    !try_to_run_init_process("/etc/init") ||
	    !try_to_run_init_process("/bin/init") ||
	    !try_to_run_init_process("/bin/sh"))
		return 0;

	panic("No working init found.  Try passing init= option to kernel. "
	      "See Linux Documentation/init.txt for guidance.");
}

上述代码第5行执行完成时，根文件系统就挂载成功了。具体的执行函数由prepare_namespace()函数实现。下文将分析该函数。

第7~8行代码用于释放初始化函数调用时分配的内存，async_synchronize_full()函数用于同步所有异步函数调用。free_initmem()函数用于释放初始化的内存空间。

三、重磅角色—prepare_namespace

prepare_namespace函数定义在（/init/do_mounts.c）文件中，如下所示：

void __init prepare_namespace(void)
{
	int is_floppy;

	if (root_delay) {
		printk(KERN_INFO "Waiting %d sec before mounting root device...\n",
		       root_delay);
		ssleep(root_delay);
	}

    //等待完成已知设备的探测
	wait_for_device_probe();

	md_run_setup();

	if (saved_root_name[0]) {
		root_device_name = saved_root_name;
		if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3) ||
		    !strncmp(root_device_name, "ubi", 3)) {
			mount_block_root(root_device_name, root_mountflags);
			goto out;
		}
		ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);
		if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0)
			root_device_name += 5;
	}

	if (initrd_load())
	{
		goto out;
	}
		
	/* 等待所有的异步扫描操作完成 */
	if ((ROOT_DEV == 0) && root_wait) {
		printk(KERN_INFO "Waiting for root device %s...\n",
			saved_root_name);
		while (driver_probe_done() != 0 ||
			(ROOT_DEV = name_to_dev_t(saved_root_name)) == 0)
			msleep(100);
		async_synchronize_full();
	}

	is_floppy = MAJOR(ROOT_DEV) == FLOPPY_MAJOR;

	if (is_floppy && rd_doload && rd_load_disk(0))
		ROOT_DEV = Root_RAM0;

	mount_root();

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

上述代码本质是三种程序运行方式：

（1）【方式一】：如果root_device_name是mtd或者ubi类型的根设备，则运行mount_block_root()挂载文件系统。

（2）【方式二】：调用initrd_load()进行早期根文件系统的挂载，如果是mount_initrd为true的情况下，将执行根文件系统挂载操作。在linux内核中包含两种挂载早期根文件系统的机制，初始化RAM磁盘（initrd）是一种老式的机制。而initramfs是新的用于挂载早期根文件系统的机制。对于initrd和initramfs机制的目的：用于执行早期的用户空间程序；在挂载正真（最后的）根文件系统之前加载一些必须的设备驱动程序。

（3）【方式三】：调用mount_root()函数进行文件系统挂载。该种方式是linux内核中比较常用的方式，该种方式下有三种文件系统挂载方式：1、nfs。2、Floppy方式。3、block方式、。在平时的开发中，常使用nfs进行网络挂载文件系统，以便进行开发和调试。

以上三种方式，在实际linux启动过程中，linux内核自动选择一种作为挂载根文件系统的方式。

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下文将分析这三种方式：

【方式一】mount_block_root()函数将调用do_mount_root()进行文件系统挂载。如下图所示：

【方式二】initrd方式的文件系统挂载。

【方式三】

对于方式三，将调用mount_root（）函数进行根文件系统的挂载，该函数定义如下（/init/do_mounts.c）：

void __init mount_root(void)
{
#ifdef CONFIG_ROOT_NFS
	if (ROOT_DEV == Root_NFS) {
		if (mount_nfs_root())
			return;

		printk(KERN_ERR "VFS: Unable to mount root fs via NFS, trying floppy.\n");
		ROOT_DEV = Root_FD0;
	}
#endif
#ifdef CONFIG_BLK_DEV_FD
	if (MAJOR(ROOT_DEV) == FLOPPY_MAJOR) {
		/* rd_doload is 2 for a dual initrd/ramload setup */
		if (rd_doload==2) {
			if (rd_load_disk(1)) {
				ROOT_DEV = Root_RAM1;
				root_device_name = NULL;
			}
		} else
			change_floppy("root floppy");
	}
#endif
#ifdef CONFIG_BLOCK
	create_dev("/dev/root", ROOT_DEV);
	mount_block_root("/dev/root", root_mountflags);
#endif
}

从以上代码片段可见：在进行mount_root（）操作时，同样有三种方式：

（1）NFS方式

通过mount_nfs_root（）函数完成。

（2）ramload方式

通过rd_load_disk（）函数完成。

（3）BLOCK方式

通过create_dev（）和mount_block_root（）两函数完成。

mount_nfs_root（）和mount_block_root（）两个函数都调用一个核心功能函数：do_mount_root（），

函数定义如下：

static int __init do_mount_root(char *name, char *fs, int flags, void *data)
{
	struct super_block *s;
	int err = sys_mount(name, "/root", fs, flags, data);
	if (err)
		return err;

	sys_chdir("/root");
	s = current->fs->pwd.dentry->d_sb;
	ROOT_DEV = s->s_dev;
	printk(KERN_INFO
	       "VFS: Mounted root (%s filesystem)%s on device %u:%u.\n",
	       s->s_type->name,
	       s->s_flags & MS_RDONLY ?  " readonly" : "",
	       MAJOR(ROOT_DEV), MINOR(ROOT_DEV));
	return 0;
}

在上述代码中，都调用了sys_mount()和sys_chdir（）系统调用函数。

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又到linux的系统调用啦，sys_mount系统调用就参考该篇文章啦：
https://blog.csdn.net/kai_ding/article/details/9050429

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小生由于知识与精力有限，如若文章存在有不妥的地方，欢迎批评，也可与小生一起讨论（iriczhao@163.com）。哈哈！