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Linux Kernel系列二:用戶空間的初始化

上篇我們知道,kernel初始化後將啟動init進程,那麼這個進程將干些什麼呢?除此之外,kernel還需要做些什麼事情呢?(想想文件系統、根存儲設備是在什麼時候初始化的呢?)

先從文件系統初始化說起。以前一直不明白,有了kernel為何還需要一個文件系統?經過反復琢磨,明白一個道理,kernel加載到內存後,kernel運行起來是沒有問題的,但是如果沒有Root FS,就好像PC上沒有硬盤.....。另外,Linux中很多虛擬文件系統(proc,sys,dev等)都是掛靠在RootFS中的,所以RootFS在Linux中更加關鍵(必要條件簡直就是)。(kernel中的FS是另外一個龐大的部分)

一 根文件系統

1 FHS:File system Hierachy Standard:Linux上文件系統布局的標准,例如 usr目錄大概是干嗎的,tmp目錄大概是干嘛的。有空可以瞧瞧....其實使用LINUX OS多了,自然就理解了。

2 常用的文件夾布局:其實就是ES上普遍的文件目錄:

bin;dev;etc;home;lib;sbin;tmp;usr;var;

二 Post Boot

這裡講的是execve init之前的事情,因為源碼中:

run_init_process("/usr/bin/init"):這個時候已經有FS的布局了,也就是init程序本身必須放在一個FS中。

三 init

init進程很重要,不過Android上的init進程的工作流程比較簡單。這裡介紹非Android上的init。一般它讀取的配置文件是/etc/inittab中(Ubuntu上似乎沒有這個文件了,以後得找個FCore的系統看看)。

另外,這裡還有一個叫run level的概念。見圖1.

圖1 run level

Run level說白了就是將系統運行狀態分成幾個級別,例如shutdown的時候init需要執行一些操作,reboot的時候需要執行一些操作。

這裡關於Init的東西就不介紹了,很多關於linux系統配置的知識都有涉及。(確實比android的init要復雜多了)

四 Initial RAM Disk

LK在早期初始化的過程中,需要mount一個FS,目前有新舊兩種方法:

old方法就是使用initial ram disk,也叫initrd

new方法就是使用iniramfs

這兩個東西非常常見,咱們要好好研究下。

4.1 initrd

這個功能需要配置kernel的編譯選項。

ARM支持將前面的initrd和vmlinux打包到一個image中。實際上只有ARM架構支持。(內核編譯的時候要選擇這一項)。講了這麼多,那麼到底怎麼用呢?

initrd也是一個image。由bootloader啟動的時候,或者bootloader下載到某個地方

bootloader把initrd的地址告訴內核。內核啟動時候把這個image解壓並掛載

另外一種辦法,編譯的時候將initrd和kernel放到一個image中,這種方法只有ARM架構支持。使用這種辦法話,建議用initramfs。注意,android中使用的就是一個kernel+initramfs的單一image。也就是第二種辦法

(這裡有很多細節問題,以後我們分析源碼再來搞懂它)

BL啟動內核的時候,需要給LK傳遞參數,即告訴LK這個initrd在什麼位置...很簡單不是?

KL如何使用這個initrd呢?

KL先根據參數指定的initrd地址,將這個image拷貝到內存中,然後解壓,並掛載為/

找到這個disk中的linuxrc文件,然後執行裡邊的語句《====這給了我們定制化自己ES的好計劃

處理完linuxrc後,KL unmount這個initrd,並加載真正的root device(看到沒,這個initrd就是做些初始化的工作,但是你也可以不umount這個initrd。)這裡的處理稍有差異。如果BL在參數中指明root=/dev/ram0,(代碼中可見到這些語句),那麼KL就不會執行linuxrc,並且也不會umount initrd。也就是這個initrd就是最終的根文件系統了。

那麼如何制作這個Initrd呢?

其實就是一個gzip打包的文件夾....

(這部分代碼在do_mounts.c中的prepare_namespace函數中)

4.2 initramfs

(詳細說明:參考kernel/documentations/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt)

kernel默認支持這個initramfs,所以編譯的時候,會整一個default的initramfs放到內核中。initramfs是一個cpio的打包文件。我特意查了下cpio的info。一般用法就是:讀取一個目錄下所有文件的信息及其所有文件的內容(可能是直接read數據到一個buffer中),然後把這些信息寫到一個文件中。說白了,可能就是一個序列化的工具。然後LK用同樣的方法就可以反序列化,恢復原來目錄中的內容了。

前面說,LK編譯的時候默認會有一個簡單的initramfs目錄結構。這個結構由kernel/scripts/gen_initramfs_list.sh腳本生成。這個腳本很簡單:

dir /dev 0755 0 0

nod /dev/console/ 0600 0 0 c 5 1

dir /root 0700 0 0

執行的時候,前面加上mk...就生成一個目錄了,然後用cpio打包,生成iniramfs,最後由LK解包並掛載

(具體內容,參考ramfs-rootfs-initramfs.txt)

如何制作自己的initramfs呢?

搞一個文件夾吧,可仿照PC機器上linux的文件結構。也可以把busybox放上去。

find testramfs -depth -print | cpio -ov > testramfs.cpio  cpio的輸入是文件名,輸出通過>定向到testramfs.cpio。大家可以試試。

解壓的話,cpio -ivd

cpio:-o表示output,-v表示打印一些verbose信息,-i表示input,-d表示建立整個文件夾結構。沒有-d的話,會出問題。

不過有了kernel編譯的支持,我們不用自己調用cpio了,在編譯選項中有一個INITRAMFS_SOURCE,把它指向目標文件夾,編譯的時候自然會生成這個initramfs了。

參考文獻:

這些參考文獻中,最重要的是最後一個,ols2k-9.ps,下載並處理後得到一個pdf,實際上一篇論文。主要介紹了

Linux啟動的一些問題。

再三解釋一下,為什麼需要init ram disk。FS一般安裝在存儲介質上,而讀取這些存儲介質需要驅動。內核啟動的時候如果把這些驅動都加載的話,會非常麻煩,即使你把驅動靜態編譯到內核中,也不是一個完美的解決辦法。所以。先整一個簡單的,基於內存的FS,這樣初始化工作都可以順利進行。最後,等驅動都加載完後,再把實際存儲上的FS掛載上來。這裡要明白一點,沒有一個FS的話,LK是沒法正常工作的。

五 U-Boot

全名為Das U-Boot,是一個使用非常廣泛的Bootloader。以後會專門撰文介紹UB。這裡簡單說兩個點:

UB的代碼結構,先從CPU的start.S開始,這裡會根據不同的CPU進行初始化,大部分代碼都不需要我們修改

再是Board的啟動,這個和具體的板子有關。現在改名叫lowlevel_init.S了。

(最難的部分在於各個設備的初始化了,需要結合開發板的datasheet來做)

這裡列出以下參考書:

其中,關於SDRAM.pdf文檔下載

免費下載地址在 http://linux.linuxidc.com/

用戶名與密碼都是www.linuxidc.com

具體下載目錄在 /2012年資料/9月/9日/Linux Kernel系列二:用戶空間的初始化

各位看官可以下載看看。

Linux Kernel系列 相關閱讀:http://www.linuxidc.com/search.aspx?Where=Nkey&Keyword=Linux+Kernel%e7%b3%bb%e5%88%97

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