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标题: Linux2.6 内核的 Initrd 机制解析（2） [打印本页]

作者: look_w 时间: 2018-5-18 21:45 标题: Linux2.6 内核的 Initrd 机制解析（2）

5．linux2.6内核initrd处理的源代码分析上面简要介绍了Linux2.4内核和2.6内核的initrd的处理流程，为了使读者对于Linux2.6内核的initrd的处理有一个更加深入的认识，下面将对Linuxe2.6内核初始化部分同initrd密切相关的代码给予一个比较细致的分析，为了讲述方便，进一步明确几个代码分析中使用的概念：
rootfs: 一个基于内存的文件系统，是linux在初始化时加载的第一个文件系统,关于它的进一步介绍可以参考文献[4]。
initramfs: initramfs同本文的主题关系不是很大，但是代码中涉及到了initramfs，为了更好的理解代码，这里对其进行简单的介绍。Initramfs是在 kernel 2.5中引入的技术，实际上它的含义就是：在内核镜像中附加一个cpio包，这个cpio包中包含了一个小型的文件系统，当内核启动时，内核将这个cpio包解开，并且将其中包含的文件系统释放到rootfs中，内核中的一部分初始化代码会放到这个文件系统中，作为用户层进程来执行。这样带来的明显的好处是精简了内核的初始化代码，而且使得内核的初始化过程更容易定制。Linux 2.6.12内核的 initramfs还没有什么实质性的东西，一个包含完整功能的initramfs的实现可能还需要一个缓慢的过程。对于initramfs的进一步了解可以参考文献[1][2][3]。
cpio-initrd: 前面已经定义过，指linux2.6内核使用的cpio格式的initrd。
image-initrd: 前面已经定义过，专指传统的文件镜像格式的initrd。
realfs: 用户最终使用的真正的文件系统。
内核的初始化代码位于 init/main.c 中的 static int init(void * unused)函数中。同initrd的处理相关部分函数调用层次如下图，笔者按照这个层次对每一个函数都给予了比较详细的分析，为了更好的说明，下面列出的代码中删除了同本文主题不相关的部分：
图2 initrd相关代码的调用层次关系图

init函数是内核所有初始化代码的入口，代码如下，其中只保留了同initrd相关部分的代码。

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static int init(void * unused){
[1] populate_rootfs();

[2] if (sys_access((const char __user *) "/init", 0) == 0)
      execute_command = "/init";
else
      prepare_namespace();
[3] 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);
[4] if (execute_command)
      run_init_process(execute_command);
run_init_process("/sbin/init");
run_init_process("/etc/init");
run_init_process("/bin/init");
run_init_process("/bin/sh");
panic("No init found.  Try passing init= option to kernel.");
}

代码[1]：populate_rootfs函数负责加载initramfs和cpio-initrd，对于populate_rootfs函数的细节后面会讲到。
代码[2]：如果rootfs的根目录下中包含/init进程，则赋予execute_command,在init函数的末尾会被执行。否则执行prepare_namespace函数，initrd是在该函数中被加载的。
代码[3]：将控制台设置为标准输入，后续的两个sys_dup(0),则复制标准输入为标准输出和标准错误输出。
代码[4]：如果rootfs中存在init进程，就将后续的处理工作交给该init进程。其实这段代码的含义是如果加载了cpio-initrd则交给cpio-initrd中的/init处理，否则会执行realfs中的init。读者可能会问：如果加载了cpio-initrd, 那么realfs中的init进程不是没有机会运行了吗？确实，如果加载了cpio-initrd,那么内核就不负责执行realfs的init进程了，而是将这个执行任务交给了cpio-initrd的init进程。解开fedora core4的initrd文件，会发现根目录的下的init文件是一个脚本，在该脚本的最后一行有这样一段代码：

1 2	……….. switchroot --movedev /sysroot

就是switchroot语句负责加载realfs,以及执行realfs的init进程。
对cpio-initrd的处理对cpio-initrd的处理位于populate_rootfs函数中。

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void __init populate_rootfs(void){
[1]  char *err = unpack_to_rootfs(__initramfs_start,
         __initramfs_end - __initramfs_start, 0);
[2] if (initrd_start) {
[3]    err = unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,
         initrd_end - initrd_start, 1);

[4]    if (!err) {
         printk(" it is\n");
         unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,
            initrd_end - initrd_start, 0);
         free_initrd_mem(initrd_start, initrd_end);
         return;
      }
[5]    fd = sys_open("/initrd.image", O_WRONLY|O_CREAT, 700);
      if (fd >= 0) {
         sys_write(fd, (char *)initrd_start,
                  initrd_end - initrd_start);
         sys_close(fd);
         free_initrd_mem(initrd_start, initrd_end);
      }
}

代码[1]：加载initramfs， initramfs位于地址__initramfs_start处，是内核在编译过程中生成的，initramfs的是作为内核的一部分而存在的，不是 boot loader加载的。前面提到了现在initramfs没有任何实质内容。
代码[2]：判断是否加载了initrd。无论哪种格式的initrd，都会被boot loader加载到地址initrd_start处。
代码[3]：判断加载的是不是cpio-initrd。实际上 unpack_to_rootfs有两个功能一个是释放cpio包，另一个就是判断是不是cpio包，这是通过最后一个参数来区分的， 0：释放 1：查看。
代码[4]：如果是cpio-initrd则将其内容释放出来到rootfs中。
代码[5]：如果不是cpio-initrd,则认为是一个image-initrd，将其内容保存到/initrd.image中。在后面的image-initrd的处理代码中会读取/initrd.image。
对image-initrd的处理在prepare_namespace函数里，包含了对image-initrd进行处理的代码，相关代码如下：

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void __init prepare_namespace(void){
[1] if (initrd_load())
      goto out;
out:
      umount_devfs("/dev");
[2]    sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);
      sys_chroot(".");
      security_sb_post_mountroot();
      mount_devfs_fs ();
}

代码[1]：执行initrd_load函数，将initrd载入，如果载入成功的话initrd_load函数会将realfs的根设置为当前目录。
代码[2]：将当前目录即realfs的根mount为Linux VFS的根。initrd_load函数执行完后，将真正的文件系统的根设置为当前目录。
initrd_load函数负责载入image-initrd，代码如下：

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int __init initrd_load(void)
{
[1] if (mount_initrd) {
      create_dev("/dev/ram", Root_RAM0, NULL);
[2]    if (rd_load_image("/initrd.image") && ROOT_DEV != Root_RAM0) {
         sys_unlink("/initrd.image");
         handle_initrd();
         return 1;
      }
}
sys_unlink("/initrd.image");
return 0;
}

代码[1]：如果加载initrd则建立一个ram0设备 /dev/ram。
代码[2]：/initrd.image文件保存的就是image-initrd，rd_load_image函数执行具体的加载操作，将image-nitrd的文件内容释放到ram0里。判断ROOT_DEV!=Root_RAM0的含义是，如果你在grub或者lilo里配置了 root=/dev/ram0 ,则实际上真正的根设备就是initrd了，所以就不把它作为initrd处理，而是作为realfs处理。
handle_initrd()函数负责对initrd进行具体的处理，代码如下：

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static void __init handle_initrd(void){
[1] real_root_dev = new_encode_dev(ROOT_DEV);
[2] create_dev("/dev/root.old", Root_RAM0, NULL);
mount_block_root("/dev/root.old", root_mountflags & ~MS_RDONLY);
[3] sys_mkdir("/old", 0700);
root_fd = sys_open("/", 0, 0);
old_fd = sys_open("/old", 0, 0);
/* move initrd over / and chdir/chroot in initrd root */
[4] sys_chdir("/root");
sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);
sys_chroot(".");
mount_devfs_fs ();
[5] pid = kernel_thread(do_linuxrc, "/linuxrc", SIGCHLD);
if (pid > 0) {
      while (pid != sys_wait4(-1, &i, 0, NULL))
         yield();
}
/* move initrd to rootfs' /old */
sys_fchdir(old_fd);
sys_mount("/", ".", NULL, MS_MOVE, NULL);
/* switch root and cwd back to / of rootfs */
[6] sys_fchdir(root_fd);
sys_chroot(".");
sys_close(old_fd);
sys_close(root_fd);
umount_devfs("/old/dev");
[7] if (new_decode_dev(real_root_dev) == Root_RAM0) {
      sys_chdir("/old");
      return;
}
[8] ROOT_DEV = new_decode_dev(real_root_dev);
mount_root();
[9] printk(KERN_NOTICE "Trying to move old root to /initrd ... ");
error = sys_mount("/old", "/root/initrd", NULL, MS_MOVE, NULL);
if (!error)
      printk("okay\n");
else {
      int fd = sys_open("/dev/root.old", O_RDWR, 0);
      printk("failed\n");
      printk(KERN_NOTICE "Unmounting old root\n");
      sys_umount("/old", MNT_DETACH);
      printk(KERN_NOTICE "Trying to free ramdisk memory ... ");
      if (fd < 0) {
         error = fd;
      } else {
         error = sys_ioctl(fd, BLKFLSBUF, 0);
         sys_close(fd);
      }
      printk(!error ? "okay\n" : "failed\n");
}

handle_initrd函数的主要功能是执行initrd的linuxrc文件，并且将realfs的根目录设置为当前目录。
代码[1]：real_root_dev，是一个全局变量保存的是realfs的设备号。
代码[2]：调用mount_block_root函数将initrd文件系统挂载到了VFS的/root下。
代码[3]：提取rootfs的根的文件描述符并将其保存到root_fd。它的作用就是为了在chroot到initrd的文件系统，处理完initrd之后要，还能够返回rootfs。返回的代码参考代码[7]。
代码[4]：chroot进入initrd的文件系统。前面initrd已挂载到了rootfs的/root目录。
代码[5]：执行initrd的linuxrc文件，等待其结束。
代码[6]：initrd处理完之后，重新chroot进入rootfs。
代码[7]：如果real_root_dev在 linuxrc中重新设成Root_RAM0，则initrd就是最终的realfs了，改变当前目录到initrd中，不作后续处理直接返回。
代码[8]：在linuxrc执行完后，realfs设备已经确定，调用mount_root函数将realfs挂载到root_fs的 /root目录下，并将当前目录设置为/root。
代码[9]：后面的代码主要是做一些收尾的工作，将initrd的内存盘释放。
到此代码分析完毕。

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