linux使用RAM_DISK根文件系统基本过程

以下只是讲述了内存文件系统从uboot到内核、最终挂载到根目录的一个基本流程，至于每个环节的细节，尚未深究，有兴趣的可以再深入学习一下。

一、内存文件系统

1、分类

ramdisk、ramfs、tmpfs

2、 ramdik

先格式化（格式化成相应的文件系统）再挂载，大小固定，之后不能随便更改。基于虚拟在内存中的其他文件系统，例如：

mke2fs/dev/ram0; mount /dev/ram0 /mnt/mtd

3、 ramfs

内存文件系统，处于虚拟文件系统（VFS）层，无需格式化，可以创建多个，只要内存足够，在创建时可以执行最大能使用的内存大小，针对物理内存。例如：

mount –tramfs /dev/mem /mnt/mtd or

mount –tramfs none /mnt/mtd –o maxsize=2000(kbyte为单位)

4、 tmpfs

虚拟内存文件系统，可以使用物理内存，也可以使用交换分区

二、基本原理

Flash的mtdblock1存放根文件系统的相关文件，包括uImage、cramfs.initrd.img等。uboot启动后会将uImage和cramfs.initrd.img加载到内存的相应地址，然后uboot引导内核启动。内核启动根据cramfs.initrd.img存放地址将其挂载到根目录下，因此我们进入shell所看见的根目录就是对应的内存文件系统内容。挂载成功之后，就可以将mtdblock1的其他目录文件挂载到内存文件系统下，进行文件方式访问、操作等。

三、 Uboot阶段加载initrd.img

1、加载uImage和initrd.img文件到系统内存

在加载uImage的地方添加加载内存根文件系统cramfs.initrd.img文件，两个文件的地址不能重叠，另外不要存放在内核启动的地址0x80008000。这里分别存放在0x82000000和0x81000000的地方，代码如下：

int do_fsload(cmd_tbl_t*cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])

{

…

size = squashfs_fload((char *) offset, part,filename); ^M

#ifdefCONFIG_HI3531_V100

size = squashfs_fload((char *)CONFIG_INITRDRAMFS_LOAD_ADDR, part, "/boot/cramfs.initrd.img");

#endif

…

}

2、修改bootargs为内存根文件系统

#define BOOTARGS_3531_V100 "mem=245M,console=ttyAMA0,115200 rootfstype=squashfs " "root=/dev/ram"

3、启动内核bootm

启动内核使用如下命令：bootm 0x82000000 0x81000000。跟随两个参数，第一个为uImage加载的起始地址，第二个参数为cramfs.initrd.img的起始地址，两个参数顺序不能反，这个bootm命令实现决定，具体分析见后面。

（1）启动内核do_bootm源码解析

intdo_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])

{

….

if (bootm_start(cmdtp,flag, argc, argv)) //获取uImage和initrd.img的镜像文件头

return 1;

…

ret = bootm_load_os(images.os,&load_end, 1); //解压uImage，此处不讲解

…

boot_fn = boot_os[images.os.os];= do_bootm_linux //调用内核最终启动函数，见后面讲解

….

boot_fn(0, argc, argv, &images); //此处成功的情况下不会执行reset

do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);

}

（2）获取镜像头bootm_start源码解析

staticint bootm_start(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])

{

memset ((void *)&images, 0, sizeof(images)); //对images头文件进行初始化

…

os_hdr = boot_get_kernel (cmdtp, flag,argc, argv,&images, &images.os.image_start, &images.os.image_len); //获取内核镜像头，主要是获取起始地址和内核数据长度

….

switch(genimg_get_format (os_hdr)) { //获取image的相关信息

case IMAGE_FORMAT_LEGACY:

images.os.type= image_get_type (os_hdr);

images.os.comp = image_get_comp(os_hdr);

images.os.os = image_get_os (os_hdr);

images.os.end = image_get_image_end(os_hdr);

images.os.load = image_get_load(os_hdr);

break;

…

ret = boot_get_ramdisk (argc, argv, &images,IH_INITRD_ARCH, &images.rd_start, &images.rd_end); //获取initrd的起始结束地址

….

}

（3）启动内核do_bootm_linux

将initrd的相关参数加入内核参数列表传递给内核。

int do_bootm_linux(intflag, int argc, char *argv[], bootm_headers_t *images)

{

…

#ifdefined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || \

defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) || \

defined (CONFIG_INITRD_TAG) || \

defined (CONFIG_SERIAL_TAG) || \

defined (CONFIG_REVISION_TAG)

setup_start_tag (bd); //初始化boot参数bd->bi_boot_params;

…

#ifdefCONFIG_INITRD_TAG //将initrd的相关参数加入参数列表，具体实现见后面

if (images->rd_start &&images->rd_end)

setup_initrd_tag(bd, images->rd_start, images->rd_end);

#endif

…

setup_end_tag (bd);

#endif

…

theKernel (0, machid,bd->bi_boot_params); //进入kernel阶段

}

static void setup_initrd_tag (bd_t *bd, ulong initrd_start, ulonginitrd_end)

{

params->hdr.tag = ATAG_INITRD2; //内核使用initrd2相关函数解析该tag，见内核阶段

params->hdr.size = tag_size(tag_initrd);

params->u.initrd.start = initrd_start;//initrd的起始地址

params->u.initrd.size = initrd_end -initrd_start; //initrd的长度

params = tag_next (params);

}

4、kernel各个镜像地址（hi3536为例）

Images.os的各个信息：

start:0x42000000

end:0x42252000

image_start:0x42000040

image_len:0x251fc0,

load:0x40008000

load_end= load + image_len

comp:0x0： IH_COMP_NONE

type:0x2 ：IH_TYPE_KERNEL

os:0x5 ：IH_OS_LINUX

imagesep:0x40008000

rd_start:0x41000040

rd_end:0x4115c040

*p_virtaddr++= 0xe51ff004; /* ldr pc, [pc, #-4] */ 该地址为功能PC对应的指令代码

*p_virtaddr++= jump_addr; /* pc jump phy address */

四、 Kernel阶段处理initrd.img

1、获取initrd.img的相关参数

进入内核后，获取uboot传递过来的initrd.img参数的调用流程如下：

start_kernel()—> setup_arch() —> setup_machine_tags()，该函数会对uboot传递进来的所有tags进行解析：

if(tags->hdr.tag == ATAG_CORE)

{

if (meminfo.nr_banks != 0)

squash_mem_tags(tags);

save_atags(tags);

parse_tags(tags);

}

其中函数parse_tag_initrd2就是解析内存文件系统的参数：获取内存文件系统的内存地址和长度，这个可以和前面的uboot对应起来：

staticint __init parse_tag_initrd2(const struct tag *tag)

{

//dump_stack();

phys_initrd_start = tag->u.initrd.start;

phys_initrd_size = tag->u.initrd.size;

return 0;

}

2、内存文件系统占用的内存处理

调用流程如下：start_kernel()—> setup_arch() —> arm_memblock_init()，该函数会对上面获取到的内存文件系统占用内存进行处理：

#ifdefCONFIG_BLK_DEV_INITRD

if (phys_initrd_size &&!memblock_is_region_memory(phys_initrd_start,phys_initrd_size)) {

phys_initrd_start = phys_initrd_size =0;

}

if (phys_initrd_size &&memblock_is_region_reserved(phys_initrd_start,phys_initrd_size)) {

phys_initrd_start = phys_initrd_size =0;

}

if (phys_initrd_size) {

memblock_reserve(phys_initrd_start,phys_initrd_size);

/* Now convert initrd to virtual addresses*/

initrd_start= __phys_to_virt(phys_initrd_start);

initrd_end= initrd_start + phys_initrd_size;

}

#endif

其中initrd_start和initrd_end为ramfs占用的虚拟内存起始和结束地址。

3、各种init调用顺序

在讲内存文件系统挂载之前，先讲一下各种initcall。arch/arm/kernel/vmlinux.lds文件规定了各个initcall的存放段：

__tagtable_begin = .;

*(.taglist.init)

__tagtable_end = .;

__pv_table_begin = .;

*(.pv_table)

__pv_table_end = .;

. = ALIGN(16); __setup_start = .;*(.init.setup) __setup_end = .;

__initcall_start= .; *(.initcallearly.init) __early_initcall_end= .; *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init) *(.initcall1.init)*(.initcall1s.init) *(.initcall2.init) *(.initcall2s.init) *(.initcall3.init)*(.initcall3s.init) *(.initcall4.init) * (.initcall4s.init) *(.initcall5.init)*(.initcall5s.init) *(.initcallrootfs.init)*(.initcall6.init) *(.initcall6s.init) *(. initcall7.init) *(.initcall7s.init) __initcall_end = .;

__con_initcall_start = .;*(.con_initcall.init) __con_initcall_end = .;

__security_initcall_start = .; *(.security_initcall.init)__security_initcall_end = .;

. = ALIGN(4); __initramfs_start = .;*(.init.ramfs) . = ALIGN(8); *(.init.ramfs.info)

__init_begin = _stext;

*(.init.data) *(.cpuinit.data)*(.meminit.data) *(.init.rodata) *(.cpuinit.rodata) *(.meminit.rodata) . =ALIGN(32); __dtb_start = .;*(.dtb.init.rodata) __dtb_end = .;

}

上面列出了tags、setup、initcall所占的各个字段，同时说明了各个初始化顺序（即优先级），(.initcallrootfs.init)为根文件系统的初始化优先级，比较靠后。

4、内核对内存文件系统初始化

调用流程：start_kernel()—> rest_init () ，该函数创建kernel_init，该线程对上面所有注册的initcall按照顺序进行初始化。

下面对线程kernel_init相关的函数进行说明：

（1）initcallearly初始化

由函数do_pre_smp_initcalls实现，具体如下：

staticvoid __init do_pre_smp_initcalls(void)

{

initcall_t *fn;

for (fn = __initcall_start;fn < __early_initcall_end; fn++)

do_one_initcall(*fn);

}

上述蓝色地址见上面vmlinux.lds

（2）其他initcall初始化

do_basic_setup()—>do_initcalls()（do_basic_setup函数里还完成驱动等的初始化），该函数具体实现如下：

staticvoid __init do_initcalls(void)

{

initcall_t *fn;

for (fn = __early_initcall_end;fn < __initcall_end; fn++)

do_one_initcall(*fn);

}

这个函数会调用initcallroofs根文件系统的初始化函数populate_rootfs()

（3）初始化根文件系统populate_rootfs()（细节未深入）

该函数先判断initrd_start值为非0，然后将内存文件系统数据写入文件/initrd.image：

fd =sys_open((const char __user __force *) "/initrd.image",O_WRONLY|O_CREAT,0700);

if (fd>= 0) {

sys_write(fd, (char *)initrd_start,initrd_end - initrd_start);

sys_close(fd);

free_initrd();

}

5、内存文件系统挂载/目录

kernel_init()—>prepare_namespace()，该函数完成根目录挂载：

void__init prepare_namespace(void)

{

….

if (initrd_load())

goto out;

….

mount_root();

out:

devtmpfs_mount("dev");

sys_mount(".", "/",NULL, MS_MOVE, NULL);

sys_chroot((const char __user __force*)".");

}

上面代码末尾就是挂载文件系统到根目录，initrd_load()就是加载内存文件系统。

（2）initrd_load()实现

int__init initrd_load(void)

{

printk("*** mount_initrd:=%d\n",mount_initrd);

if (mount_initrd) {

create_dev("/dev/ram",Root_RAM0);

if (rd_load_image("/initrd.image") && ROOT_DEV != Root_RAM0){

sys_unlink("/initrd.image");

handle_initrd();

return 1;

}

sys_unlink("/initrd.image");

return 0;

}

将内存文件系统数据加载到/dev/ram以便后续挂在到根目录下。

五、linux使用RAM_DISK根文件系统使用方法

注下面以hi3531+3532平台为例，进行简单讲解，如有遗漏请帮忙补充

1、uboot修改

（1）bootargs修改

#defineBOOTARGS_3531_V100 "mem=135M@0x80000000 mem=135M@0xc0000000,console=ttyAMA0,115200 rootfstype=squashfs" \

"root=/dev/ram"

rootfstype以打包时使用的压缩方式为准；使用内存文件建系统，所以root不再是flash的mtdblock分区而是内存设备

（2）fsload修改

加载/boot/uImage之后，还需要将cramfs.initrd.img加载到指定的位置，注意uImage和cramfs加载空间不能重叠，且不要将cramfs加载到uImage启动地址。

if(squashfs_check(part))

{

size = squashfs_fload((char *) offset, part,filename); //加载uImage

printf("### %s loading '%s' to 0x%lx\n",fsname, "/boot/cramfs.initrd.img",\

offset-0x1000000);

size = squashfs_fload((char *)(offset -0x1000000), part, "/boot/cramfs.initrd.img"); //加载cramfs.initrd.img

}

（3）bootm修改

修改bootm—> bootm 0x82000000 0x8100000：当没有参数时bootm只解析uImage；第一个参数为内核加载的地址，第二参数为cramfs加载的地址，顺序不能反。

2、kernel修改

内核配置添加对initrd的支持：

Generalsetup --->

[*] Initial RAM filesystem and RAMdisk (initramfs/initrd) support

() Initramfs source file(s)

[*] Support initial ramdisks compressed usinggzip

[ ] Support initial ramdisks compressed usingbzip2

[*] Support initial ramdisks compressed usingLZMA

[ ] Support initial ramdisks compressed using XZ

[ ] Support initial ramdisks compressed usingLZO

DeviceDrivers --->

[*] Block devices --->

<*>RAM block devicesupport

(16) Default number of RAM disks

(4096) Default RAM disk size (kbytes)

3、打包环境修改

（1）打包目录修改

新增一个ramfs目录用于生成ramfs.initrd.img，该目录类似原来的romfs但是只保留了根文件系统所需的基本要素（节省内存），而占大内存和flash的Challenge.7z、lib.7z、usr目录等内容仍然保留在romfs目录。

调整后romfs值保留了几个目录，如下所示：

/boot:

cramfs.initrd.img uImage ：主从共用的内存文件系统、主片kernel

/slave:

u-boot.bin uImage ：如果没有从片，该目录可以节省；从片的uboot/kernel

/usr:

/bin /data /etc /lib /sbin ：用户所需：challenge.7z lib.7z 图片字库等内容

（2）打包工具修改

$TOOL_DIR/mkimage-A arm -O linux -T ramdisk -a 0x0 \

-e0x83000000 -n "initrd in cramfs" -d $TMP_DIR/$TMP_FILE_RAM $TARGET_DIR/cramfs.initrd.img

cp$TARGET_DIR/cramfs.initrd.img $SRC_DIR/boot/

$TOOL_DIR/mkimage-A arm -O linux -T kernel -C gzip -a A0050000 \

-e0xA0d70000 -n 3531romfs -d $TMP_DIR/$TMP_FILE $TARGET_DIR/$TARGET_FILE

在生成romfs-x.cramfs.img前，要先生成cramfs.initrd.img，并拷贝到romfs的boot目录，然后再生成最终额romfs-x.cramfs.img。

以上就是内存文件系统使用的基本过程，实际情况有些偏差，仅供参考。

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