內核啟動並初始化后,最終目的是像Windows一樣能啟動應用程序,在windows中每個應用程序都存在C盤、D盤等,而linux中每個應用程序是存放在根文件系統里面,那么掛載根文件系統在哪里,怎么實現最終目的運行應用程序？
1.內核運行應用程序步驟:
1.1首先是進入stext函數啟動內核:
ENTRY(stext):
... ... //啟動內核
b start_kernel //跳轉start_kernel()
1.2然后進入strat_kernel()初始化:
asmlinkage void __init start_kernel(void) { ... setup_arch(&command_line); //解析uboot傳入的啟動參數 setup_command_line(command_line); //解析uboot傳入的啟動參數 .... /*查找內核參數*/ parse_early_param() { do_early_param()； //從__setup_start到__setup_end查找early非0的函數,后面會分析 } /*查找內核參數*/ unknown_bootoption() { obsolete_checksetup(); //從__setup_start到__setup_end查找early為0的函數,后面會分析 } ... rest_init(); //進入rest_init() }
1.3.進入rest_init()啟動init進程
static void noinline __init_refok rest_init(void) { kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND); //啟動init進程，然后進入kernel_init中啟動應用程序 ... ... }
1.4進入kernel_init
static int __init kernel_init(void * unused) { ... ... prepare_namespace() //進入prepare_namespace函數,掛載系統 { ... ... / /通過解析出來的命令行參數” root=/dev/mtdblock3”來掛接根文件系統 mount_root(); //開始掛載 } init_post() //進入init_post() 函數,運行應用程序 { /* 打開dev/console,並提供輸入、輸出、錯誤提示 */ 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"); //執行應用程序 run_init_process("/etc/init"); //執行應用程序 run_init_process("/bin/init"); //執行應用程序 run_init_process("/bin/sh"); //執行應用程序 }
接下來我們就開始詳細分析prepare_namespace()如何掛載文件系統
4 首先分析1.3節的prepare_namespace()函數中怎么掛接的文件系統”root=/dev/mtdblock3”
prepare_namespace()代碼如下 (mtdblock3:mtd分區3(kernel分區))
void __init prepare_namespace(void)
{ ... ... if (saved_root_name[0]) //判斷saved_root_name[0]數組是否為空 { root_device_name = saved_root_name; if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3)) { //比較root_device_name數組是否已mtd開頭？ mount_block_root(root_device_name, root_mountflags); goto out; } //是mtd，則跳轉到out,直接掛載 ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name); if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0) //比較是不是已/dev/開頭 root_device_name += 5; //是的話，+5找到mtd開頭 } 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(); //將實際文件系統掛載到rootfs的/root目錄 out: sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL); sys_chroot("."); security_sb_post_mountroot(); }
從上面代碼得出,saved_root_name數組通過名字可以得出，是用來保存root文件系統的名字” /dev/mtdblock3”.
5 bootags參數又是怎么保存到數組的呢?,通過搜索”saved_root_name”,找到如下代碼：
static int __init root_dev_setup(char *line) { strlcpy(saved_root_name, line, sizeof(saved_root_name)); //復制saved_root_name數組 return 1; }
__setup("root=", root_dev_setup);
其中root_dev_setup()函數是用來將line數組中的數據統統復制到saved_root_name數組中
__setup("root=", root_dev_setup);中有”root=”,猜測下，這個估計就是用來匹配命令行中以”root=”開頭的字符串，然后再將” root=/dev/mtdblock3”中的”/dev/mtdblock3”放在saved_root_name數組中
6.接下來分析上面的__setup("root=", root_dev_setup)宏定義
我們搜索__setup宏，找到它在include/linux/init.h中定義:
#define __setup_param(str, unique_id, fn, early) \ //定義__setup_param(str, unique_id, fn, early) /*定義字符串數組__setup_str_##unique_id[]=str; \表示還在define中 */ static char __setup_str_##unique_id[] __initdata = str; \ //相當於: __setup_str_ root_dev_setup[]="root=" /*定義結構體obs_kernel_param型__setup_##unique_id*/ static struct obs_kernel_param __setup_##unique_id\ __attribute_used__ \ __attribute__((__section__(".init.setup"))) \ //設置.init.setup段 __attribute__((aligned((sizeof(long))))) \ = { __setup_str_##unique_id, fn, early } //將"root=",root_dev_setup,0 放在 .init.setup段中 #define __setup(str, fn) \ //定義__setup(str, fn)使用__setup_param(str, fn, fn, 0) __setup_param(str, fn, fn, 0)
最終__setup("root=", root_dev_setup)宏= { __setup_str_ root_dev_setup[], root_dev_setup , 0 };
在.init.setup段中存放了3個成員，第一個成員是字符串數組等於”root=”,第二個成員是一個函數,第三個成員early=0；
其中.init.setup段在vmlinux.lds中使用(.init.setup段用於存放特殊的內容,比如命令行參數).
vmlinux.lds部分代碼如下:
311 . = ALIGN(16); 312 __setup_start = .; 313 *(.init.setup) //存放.init.setup段 314 __setup_end = .;
7.接下來分析宏__setup("root=", root_dev_setup);又是怎么被調用的
由於通過宏”__setup("root=", root_dev_setup);”最終被存在了.init.setup段里，
所以首先搜索”__setup_start”，發現在init/main.c中do_early_param函數和obsolete_checksetup函數都使用了它
7.1先來分析do_early_param函數,首先我們看看它被誰調用
搜索do_early_param，發現它被parse_early_param()函數調用,如下圖：
然后搜索parse_early_param(),發現它在start_kernel函數中使用,如下圖:
得出:在內核啟動start_kernel()中會處理這個do_early_param函數.
7.1.1接下來分析do_early_param源碼:
static int __init do_early_param(char *param, char *val) { struct obs_kernel_param *p; //定義obs_kernel_param結構體指針*p for (p = __setup_start; p < __setup_end; p++) //查找.init.setup段的內容 {if (p->early && strcmp(param, p->str) == 0) { if (p->setup_func(val) != 0) //處理early非0的函數 printk(KERN_WARNING "Malformed early option '%s'\n", param); }} }
上面obs_kernel_param的結構體定義如下，剛好對應了
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個成員。
由於__setup("root=", root_dev_setup)的early=0,所以if (p->early && strcmp(param, p->str) == 0)永遠不成立.
所以在內核啟動strat_kernel()函數中會通過do_early_param函數是處理early不為0的函數。
7.2然后分析obsolete_checksetup函數,首先我們看看它被誰調用
搜索obsolete_checksetup，發現它被unknown_bootoption ()函數調用:
然后搜索unknown_bootoption (),發現它在start_kernel函數中使用, 如下圖:
得出:在內核啟動start_kernel()中會處理這個do_early_param函數.
7.2.1接下來分析obsolete_checksetup源碼:
static int __init obsolete_checksetup(char *line) { struct obs_kernel_param *p; //定義obs_kernel_param型結構體指針 int had_early_param = 0; p = __setup_start; do { int n = strlen(p->str); if (!strncmp(line, p->str, n)) //確定是否有內容 { if (p->early) { //early非0,則不執行函數 if (line[n] == '\0' || line[n] == '=') had_early_param = 1; } else if (!p->setup_func) { // 處理early為0的函數， printk(KERN_WARNING "Parameter %s is obsolete," " ignored\n", p->str); return 1; } else if (p->setup_func(line + n)) //處理early為0的函數 return 1; } p++; } while (p < __setup_end); //從__setup_start到__setup_end查找 return had_early_param; }
通過上面代碼分析得出:
__setup("root=", root_dev_setup)宏= { __setup_str_ root_dev_setup[], root_dev_setup , 0 }中的第三個成員early=0， 會執行root_dev_setup()函數,然后將文件系統目錄拷貝到全局變量saved_root_name[]數組中,使后面的函數來掛載文件系統.
所以在內核啟動strat_kernel()函數中會通過obsolete_checksetup函數處理early為0的函數。
8 root=/dev/mtdblock3 分析:
在flash中沒有分區表，在內核中,mtdblock3又在哪里體現出來的？
和uboot一樣，它也是在內核代碼中已經寫好了的，
在內核中可以通過啟動內核,從串口上可以看到分區表,如下圖:
從上面得出,在flash中定義了4大分區:
bootloader :存放u-boot
boot parameters :存放一些可以設置的參數,供u-boot使用
kernel :存放內核區
root filesystem :根文件系統,掛載(mount)后才能使用文件系統中的應用程序
8.1它們又是在內核代碼中哪里體現出來的呢？
1. 在linux-2.6.22.6目錄下通過 grep "\"bootloader\"" * -nR 搜索分區代碼,如下圖
由於使用的是ARM架構,CPU2440,所以找到上面紅線處的行, 才是我們需要的。
然后進入arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c中，找到120行,代碼如下:
static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = { [0] = { // mtdblock0 .name = "bootloader", .size = 0x00040000, .offset = 0, }, [1] = { // mtdblock1 .name = "params", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, //表示緊跟着前面的地址后面,為偏移地址,= 0x00040000 .size = 0x00020000, }, [2] = { // mtdblock2 .name = "kernel", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, //表示緊跟着前面的地址后面,為偏移地址,= 0x00060000 .size = 0x00200000, }, [3] = { // mtdblock3 .name = "root", .offset = MTDPART_OFS_APPEND, //表示緊跟着前面的地址后面,為偏移地址,= 0x00260000 .size = MTDPART_SIZ_FULL, } };