现在位置: 首页 / RISC-V / 正文

挂载根文件系统

  • laumy
  • RISC-V
  • 2024-07-07
  • 338热度
  • 0评论

根文件系统是控制权从linux内核转移到用户空间的一个桥梁，文件系统的挂载需要提供挂载点，linux内核在初始化时汇初始化一个虚拟的“/”目录用于根文件系统的挂载。

start_kernel
    vfs_caches_init()
    mnt_init()
    init_rootfs()
        init_mount_tree()
            vfs_kern_mount(&rootfs_fs_type, 0, "rootfs", NULL);

根文件系统的挂载待日后进一步研究，本小结先简单介绍一下initrd，initramfs，ramdisk。

内核启动执行的第一个应用进程，需要先读取文件系统执行/init或/sbin/init，因此需要先初始化文件系统。而文件系统一般存储在存储介质（flash,IDE,SCSI）上，访问这些存储介质需要有驱动程序。那么是否有什么办法可以解决这个问题了？以下有两种方法可以解决：
（1）存储介质驱动编译进内核：是将存储介质的驱动程序编译进内核，内核启动阶段就可以访问存储介质。这种方法对于固定存储介质型号倒也还好，只需要编译少数驱动程序即可。而对于发行版本的linux，如果要支持很多个存储介质，就需要将很多驱动编译进内核，这样就会导致linux内核镜像非常庞大。
（2）基于ramdisk的文件系统：ramdisk不是一个实际的文件系统，而是一种实际文件系统装入内存的机制，并且可以做为根文件系统，换句话说ramdisk实际上是从内存划分一部分空间，当作磁盘来使用，可以往里面存储任何东西。因此当存储介质驱动程序没有准备好时，我们可以把内存模拟成一个存储介质，内核配置上CONFIG_BLK_DEV_RAM，就支持了ramdisk，一般会生成/dev/ramx节点。基于该节点我们可以格式化想要的文件系统。
（3）基于ramdisk的initrd（bootloader initialized RAM Disk）：是针对方法（1）的改进，把内存当作存储介质，这方方式我们称为ramdisk，设备节点为/dev/ramX。initrd是一个被压缩过的小型根目录，包含了启动阶段中必须的驱动模块，这个目录中包含了启动阶段中必须的驱动模块，可执行文件和启动脚本。当系统启动的时候，bootloader会把initrd文件读到内存中，然后把initrd文件在内存中的起始地址和大小传递给内核。内核在启动初始化过程中会解压缩initrd文件，然后将解压后的initrd挂载为根目录，然后执行根目录中的/linuxrc脚本（cpio格式的initrd为/init,而image格式的initrd<也称老式块设备的initrd或传统的文件镜像格式的initrd>为/initrc），就可以在这个脚本中加载realfs（真实文件系统）存放设备的驱动程序以及在/dev目录下建立必要的设备节点。这样，就可以mount真正的根目录，并切换到这个根目录中来。initrd并不是一个实际的文件系统，只能说算是一个打包的根目录。
（4）基于内存的initramfs：方式（3）有一个弊端，就是必须要事先支持ramdisk，分配固定的大小，那么这个大小到底分配多少了？分多了浪费，分少了可能不够，针对这种情况，在linux2.5内核之后出现了initramfs。它的作用和initrd类似，只是和内核编译成一个文件。initramfs是经过gzip压缩后的cpio格式和数据文件，该cpio格式文件被链接进了内核中特殊的数据端.init.ramfs上，其中全局变量__initramfs_start和__initramfs_end分别指向这个数据段的起始地址和结束地址。内核启动时会对.init.ramfs段中的数据进行解压，然后使用它作为临时的根文件系统。这种方式依旧会导致内核镜像变大。注意：initramfs本身是一个ramfs文件系统，因此它可以内嵌到内核中，也可以单独存在
Initrd和initramfs的区别？
（1） Linux内核只认cpio格式的initramfs文件包(因为unpack_to_rootfs只能解析cpio格式文件)，非cpio格式的 initramfs文件包将被系统抛弃，而initrd可以是cpio包也可以是传统的镜像(image)文件，实际使用中initrd都是传统镜像文件。
（2）initramfs在编译内核的同时被编译并与内核连接成一个文件，它被链接到地址__initramfs_start处，与内核同时被 bootloader加载到ram中，而initrd是另外单独编译生成的，是一个独立的文件，它由bootloader单独加载到ram中内核空间外的地址，比如加载的地址为addr(是物理地址而非虚拟地址)，大小为8MB，那么只要在命令行加入\"initrd=addr,8M\"命令，系统就可以找到 initrd(当然通过适当修改Linux的目录结构，makefile文件和相关代码，以上两种情况都是可以相通的)。
（3）initramfs被解析处理后原始的cpio包(压缩或非压缩)所占的空间(&__initramfs_start - &__initramfs_end)是作为系统的一部分直接保留在系统中，不会被释放掉，而对于initrd镜像文件，如果没有在命令行中设置\"keepinitd\"命令，那么initrd镜像文件被处理后其原始文件所占的空间(initrd_end - initrd_start)将被释放掉。
（4）initramfs可以独立ram disk单独存在，而要支持initrd必须要先支持ram disk，即要配置CONFIG_BLK_DEV_INITRD选项 -- 支持initrd，必须先要配置CONFIG_BLK_DEV_RAM -- 支持ram disk ，因为initrd image实际就是初始化好了的ramdisk镜像文件，最后都要解析、写入到ram disk设备/dev/ram或/dev/ram0中。注: 使用initramfs，命令行参数将不需要\"initrd=\"和\"root=\"命令
在linux2.5之后，出现了initramfs，initrd有其固有的缺陷（需要ramdisk，固定大小内存等），本章节就重点介绍一下initramfs和基于ramdisk的文件系统方式。

initramfs方式

早期使用的是initrd，但是在linux2.5之后就升级为initramfs，因此本章节重点描述initramfs。
initramfs可以直接集成到kernel里面，也可以单独加载initramfs。
内核配置选择

General setup
 ----> [*] Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support

以下是要支持压缩的格式
[*]   Support initial ramdisk/ramfs compressed using gzip
[*]   Support initial ramdisk/ramfs compressed using bzip2
[*]   Support initial ramdisk/ramfs compressed using LZMA
[*]   Support initial ramdisk/ramfs compressed using XZ
[*]   Support initial ramdisk/ramfs compressed using LZO
[*]   Support initial ramdisk/ramfs compressed using LZ4

制作initramfs

cp busybox/_install/  rootfs
cd rootfs
find . | cpio -o -H newc > rootfs.cpio   //将文件复制打包成一个文件
gzip -c rootfs.cpio > rootfs.cpio.gz     //将文件进行压缩为gz格式

其中设置-append \"rdinit=/linuxrc\"是Linux内核命令行、启动参数，-initrd initramfs/rootfs/rootfs.cpio.gz 指定文件镜像。Rootfs.cpio.gz是要和内核编译进一个文件的，但是qemu支持通过-initrd指定文件镜像。

qemu-system-riscv64 -M virt -cpu c910v -m 256M -nographic \\
 -bios qemu-opensbi/build/platform/generic/firmware/fw_jump.bin \\
 -kernel linux-5.4/arch/riscv/boot/Image \\
 -initrd initramfs/rootfs/rootfs.cpio.gz \\
 -append "rdinit=/linuxrc"

其中设置-append \"rdinit=/linuxrc\"是Linux内核命令行、启动参数，-initrd initramfs/rootfs/rootfs.cpio.gz 指定文件镜像。Rootfs.cpio.gz是要和内核编译进一个文件的，但是qemu支持通过-initrd指定文件镜像。
如果要将根文件系统内嵌如内核

General setup
 ----> (../initramfs/rootfs/rootfs.cpio.gz) Initramfs sourc

ramdisk方式

ramdisk的方式是将内存作为存储盘，生成一个/dev/ramx的节点。作为存储介质不一定使用ramfs文件系统，它可以是任意类型的文件系统，如ext2，ext4等，当然也可以是ramfs。本小结我们演示基于ramdisk挂载ext4的方式启动。

 Device Drivers
  ----> [*] Block devices
   ----> <*> RAM block device support
    ----> (65535) Default RAM disk size (kbytes)

Ramdisk是在内存中模拟磁盘，使用ramdisk比Initramfs灵活一些，不需要每次都去编译内核。不过在qemu中，都支持通过-initrd指定文件镜像。注意ramdisk大小一定要足够大。

qemu-system-riscv64 -M virt -cpu c910v -m 2G -nographic \\
 -bios qemu-opensbi/build/platform/generic/firmware/fw_jump.bin \\
 -kernel linux-5.4/arch/riscv/boot/Image \\
 -initrd ./rootfs_7_4.img \\
 -append "root=/dev/ram0 ramdisk_size=268435456 rw console=ttyS0"

根文件系统制作方法

qemu-img create rootfs.img 256M   #---创建一个文件
mkfs.ext4 rootfs.img            #---将文件格式为ext4格式
mkdir rootfs
sudo mount -o loop rootfs.img rootfs  #---挂在文件到rootfs下，将命令等拷贝进去
cd rootfs
sudo mkdir dev
sudo mkdir proc
sudo mkdir sys
sudo cp -r ../busyboxsource/_install/* .
sudo mkdir proc sys dev etc etc/init.d
cd etc/init.d/
sudo touch rcS
sudo vi rcS

#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
/sbin/mdev -s