前言

前段时间在编译kernel的时候发现rootfs挂载不上。相同的root选项设置旧版的image却可以。为了彻底解决这个问题。研究了一下rootfs的挂载过程。特总结如下,希望能给这部份知识点比较迷茫的朋友一点帮助。

rootfs的种类

总的来说，rootfs分为两种：虚拟rootfs和真实rootfs.现在kernel的发展趋势是将更多的功能放到用户空间完成。以保持内核的精简。虚拟rootfs也是各linux发行厂商普遍采用的一种方式。可以将一部份的初始化工作放在虚拟的rootfs里完成。然后切换到真实的文件系统.

在虚拟rootfs的发展过程中。又有以下几个版本：

initramfs:

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。这种这种方式的rootfs是包含在kernel image之中的.

cpio-initrd: cpio格式的rootfs

image-initrd:传统格式的rootfs

关于这两种虚拟文件系统的制作请自行参阅其它资料

rootfs文件系统的挂载过程

这里说的rootfs不同于上面分析的rootfs。这里指的是系统初始化时的根结点。即/结点。它是其于内存的rootfs文件系统。这部份之前在>和文件系统中已经分析过。为了知识的连贯性这里再重复一次。

Start_kernel() mnt_init():void __init mnt_init(void){…………init_rootfs();init_mount_tree();}

Init_rootfs的代码如下：

int __init init_rootfs(void){int err;err = bdi_init(&ramfs_backing_dev_info);if (err)return err;err = register_filesystem(&rootfs_fs_type);if (err)bdi_destroy(&ramfs_backing_dev_info);return err;}

这个函数很简单。就是注册了rootfs的文件系统.

init_mount_tree()代码如下：

static void __init init_mount_tree(void){struct vfsmount *mnt;struct mnt_namespace *ns;struct path root;mnt = do_kern_mount("rootfs", 0, "rootfs", NULL);if (IS_ERR(mnt))panic("Can't create rootfs");ns = kmalloc(sizeof(*ns), GFP_KERNEL);if (!ns)panic("Can't allocate initial namespace");atomic_set(&ns->count, 1);INIT_LIST_HEAD(&ns->list);init_waitqueue_head(&ns->poll);ns->event = 0;list_add(&mnt->mnt_list, &ns->list);ns->root = mnt;mnt->mnt_ns = ns;init_task.nsproxy->mnt_ns = ns;get_mnt_ns(ns);root.mnt = ns->root;root.dentry = ns->root->mnt_root;set_fs_pwd(current->fs, &root);set_fs_root(current->fs, &root);}

在这里，将rootfs文件系统挂载。它的挂载点默认为”/”.最后切换进程的根目录和当前目录为”/”.这也就是根目录的由来。不过这里只是初始化。等挂载完具体的文件系统之后，一般都会将根目录切换到具体的文件系统。所以在系统启动之后，用mount命令是看不到rootfs的挂载信息的.

四：虚拟文件系统的挂载

根目录已经挂上去了，可以挂载具体的文件系统了.

在start_kernel() rest_init() kernel_init():

static int __init kernel_init(void * unused){…………do_basic_setup();if (!ramdisk_execute_command)ramdisk_execute_command = "/init";if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {ramdisk_execute_command = NULL;prepare_namespace();}/*\* Ok, we have completed the initial bootup, and\* we're essentially up and running. Get rid of the\* initmem segments and start the user-mode stuff..*/init_post();return 0;}

do_basic_setup()是一个很关键的函数，所有直接编译在kernel中的模块都是由它启动的。代码片段如下：

static void __init do_basic_setup(void){/* drivers will send hotplug events */init_workqueues();usermodehelper_init();driver_init();init_irq_proc();do_initcalls();}

Do_initcalls()用来启动所有在__initcall_start和__initcall_end段的函数，而静态编译进内核的modules也会将其入口放置在这段区间里。

跟根文件系统相关的初始化函数都会由rootfs_initcall（）所引用。注意到有以下初始化函数：

rootfs_initcall(populate_rootfs);

也就是说会在系统初始化的时候会调用populate_rootfs进行初始化。代码如下：

static int __init populate_rootfs(void){char *err = unpack_to_rootfs(__initramfs_start,__initramfs_end - __initramfs_start, 0);if (err)panic(err);if (initrd_start) {\#ifdef CONFIG_BLK_DEV_RAMint fd;printk(KERN_INFO "checking if image is initramfs...");err = unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,initrd_end - initrd_start, 1);if (!err) {printk(" it is\n");unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,initrd_end - initrd_start, 0);free_initrd();return 0;}printk("it isn't (%s); looks like an initrd\n", err);fd = sys_open("/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();}\#elseprintk(KERN_INFO "Unpacking initramfs...");err = unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,initrd_end - initrd_start, 0);if (err)panic(err);printk(" done\n");free_initrd();\#endif}return 0;}

unpack_to_rootfs：顾名思义就是解压包，并将其释放至rootfs。它实际上有两个功能，一个是释放包，一个是查看包，看其是否属于cpio结构的包。功能选择是根据最后的一个参数来区分的.

在这个函数里，对应我们之前分析的三种虚拟根文件系统的情况。一种是跟kernel融为一体的initramfs.在编译kernel的时候，通过链接脚本将其存放在__initramfs_start至__initramfs_end的区域。这种情况下，直接调用unpack_to_rootfs将其释放到根目录.如果不是属于这种形式的。也就是__initramfs_start和__initramfs_end的值相等，长度为零。不会做任何处理。退出.

对应后两种情况。从代码中看到，必须要配制CONFIG_BLK_DEV_RAM才会支持image-initrd。否则全当成cpio-initrd的形式处理。

对于是cpio-initrd的情况。直接将其释放到根目录。对于是image-initrd的情况。将其释放到/initrd.image.最后将initrd内存区域归入伙伴系统。这段内存就可以由操作系统来做其它的用途了。

接下来，内核对这几种情况又是怎么处理的呢？不要着急。往下看：

回到kernel_init()这个函数：

static int __init kernel_init(void * unused){…….…….do_basic_setup();/*\* check if there is an early userspace init.  If yes, let it do all\* the work*/if (!ramdisk_execute_command)ramdisk_execute_command = "/init";if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {ramdisk_execute_command = NULL;prepare_namespace();}/*\* Ok, we have completed the initial bootup, and\* we're essentially up and running. Get rid of the\* initmem segments and start the user-mode stuff..*/init_post();return 0;}

ramdisk_execute_command:在kernel解析引导参数的时候使用。如果用户指定了init文件路径，即使用了“init=”，就会将这个参数值存放到这里。

如果没有指定init文件路径。默认为/init

对应于前面一段的分析，我们知道，对于initramdisk和cpio-initrd的情况，都会将虚拟根文件系统释放到根目录。如果这些虚拟文件系统里有/init这个文件。就会转入到init_post()。

Init_post()代码如下：

static int noinline init_post(void){free_initmem();unlock_kernel();mark_rodata_ro();system_state = SYSTEM_RUNNING;numa_default_policy();if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0)  (void) sys_dup(0);(void) sys_dup(0);if (ramdisk_execute_command) {run_init_process(ramdisk_execute_command);printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",ramdisk_execute_command);}/*\* We try each of these until one succeeds.*\* The Bourne shell can be used instead of init if we are\* trying to recover a really broken machine.*/if (execute_command) {run_init_process(execute_command);printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s.  Attempting ""defaults...\n", 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.");}

从代码中可以看中，会依次执行指定的init文件，如果失败，就会执行/sbin/init, /etc/init,, /bin/init,/bin/sh

注意的是，run_init_process在调用相应程序运行的时候，用的是kernel_execve。也就是说调用进程会替换当前进程。只要上述任意一个文件调用成功，就不会返回到这个函数。如果上面几个文件都无法执行。打印出没有找到init文件的错误。

对于image-hdr或者是虚拟文件系统中没有包含 /init的情况，会由prepare_namespace()处理。代码如下：

void __init prepare_namespace(void){int is_floppy;if (root_delay) {printk(KERN_INFO "Waiting %dsec before mounting root device...\n",root_delay);ssleep(root_delay);}/* wait for the known devices to complete their probing */while (driver_probe_done() != 0)msleep(100);//mtd的处理md_run_setup();if (saved_root_name[0]) {root_device_name = saved_root_name;if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3)) {mount_block_root(root_device_name, root_mountflags);goto out;}ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0)root_device_name += 5;}if (initrd_load())goto out;/* wait for any asynchronous scanning to complete */if ((ROOT_DEV == 0) && root_wait) {printk(KERN_INFO "Waiting for root device %s...\n",saved_root_name);while (driver_probe_done() != 0 ||(ROOT_DEV = name_to_dev_t(saved_root_name)) == 0)msleep(100);}is_floppy = MAJOR(ROOT_DEV) == FLOPPY_MAJOR;if (is_floppy && rd_doload && rd_load_disk(0))ROOT_DEV = Root_RAM0;mount_root();out:sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);sys_chroot(".");}

这里有几个比较有意思的处理，首先用户可以用root=来指定根文件系统。它的值保存在saved_root_name中。如果用户指定了以mtd开始的字串做为它的根文件系统。就会直接去挂载。这个文件是mtdblock的设备文件。

否则将设备结点文件转换为ROOT_DEV即设备节点号

然后，转向initrd_load()执行initrd预处理后，再将具体的根文件系统挂载。

注意到，在这个函数末尾。会调用sys_mount()来移动当前文件系统挂载点到”/”目录下。然后将根目录切换到当前目录。这样，根文件系统的挂载点就成为了我们在用户空间所看到的”/”了.

对于其它根文件系统的情况，会先经过initrd的处理。即

int __init initrd_load(void){if (mount_initrd) {create_dev("/dev/ram", Root_RAM0);/*\* Load the initrd data into /dev/ram0. Execute it as initrd\* unless /dev/ram0 is supposed to be our actual root device,\* in that case the ram disk is just set up here, and gets\* mounted in the normal path.*/if (rd_load_image("/initrd.image") && ROOT_DEV != Root_RAM0) {sys_unlink("/initrd.image");handle_initrd();return 1;}}sys_unlink("/initrd.image");return 0;}

建立一个ROOT_RAM)的设备节点，并将/initrd/.image释放到这个节点中，/initrd.image的内容，就是我们之前分析的image-initrd。

如果根文件设备号不是ROOT_RAM0( 用户指定的根文件系统不是/dev/ram0就会转入到handle_initrd()

如果当前根文件系统是/dev/ram0.将其直接挂载就好了。

handle_initrd（）代码如下：

static void __init handle_initrd(void){int error;int pid;real_root_dev = new_encode_dev(ROOT_DEV);create_dev("/dev/root.old", Root_RAM0);/* mount initrd on rootfs' /root */mount_block_root("/dev/root.old", root_mountflags & ~MS_RDONLY);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 */sys_chdir("/root");sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);sys_chroot(".");/*\* In case that a resume from disk is carried out by linuxrc or one of\* its children, we need to tell the freezer not to wait for us.*/current->flags |= PF_FREEZER_SKIP;pid = kernel_thread(do_linuxrc, "/linuxrc", SIGCHLD);if (pid > 0)while (pid != sys_wait4(-1, NULL, 0, NULL))yield();current->flags &= ~PF_FREEZER_SKIP;/* move initrd to rootfs' /old */sys_fchdir(old_fd);sys_mount("/", ".", NULL, MS_MOVE, NULL);/* switch root and cwd back to / of rootfs */sys_fchdir(root_fd);sys_chroot(".");sys_close(old_fd);sys_close(root_fd);if (new_decode_dev(real_root_dev) == Root_RAM0) {sys_chdir("/old");return;}ROOT_DEV = new_decode_dev(real_root_dev);mount_root();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);if (error == -ENOENT)printk("/initrd does not exist. Ignored.\n");elseprintk("failed\n");printk(KERN_NOTICE "Unmounting old root\n");sys_umount("/old", MNT_DETACH);printk(KERN_NOTICE "Trying to free ramdisk memory ... ");if (fd error = fd;} else {error = sys_ioctl(fd, BLKFLSBUF, 0);sys_close(fd);}printk(!error ? "okay\n" : "failed\n");}}

将/dev/ram0挂载，而后执行/linuxrc.等其执行完后。切换根目录，再挂载具体的根文件系统.

到这里。文件系统挂载的全部内容就分析完了.

五：小结

在本小节里。分析了根文件系统的挂载流程。并对几个虚拟根文件系统的情况做了详细的分析。理解这部份，对我们构建linux嵌入式开发系统是很有帮助的

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根文件系统挂载过程

注册挂载rootfs文件系统

解压initramfs到rootfs中

prepare_namespace挂载磁盘上的文件系统

题外话：启动引导程序怎么识别"/boot"分区(或者目录)

参考资料

注册挂载rootfs文件系统

首先是rootfs的注册和挂载，rootfs作为一切后续文件操作的基石。

start_kernelvfs_caches_initmnt_initinit_rootfs注册rootfs文件系统init_mount_tree 挂载rootfs文件系统vfs_kern_mountmount_fstype->mount其实是rootfs_mount mount_nodevfill_super 其实是ramfs_fill_superinode = ramfs_get_inode(sb, NULL, S_IFDIR | fsi->mount_opts.mode, 0);sb->s_root = d_make_root(inode);static const struct qstr name = QSTR_INIT("/", 1);[1*]__d_alloc(root_inode->i_sb, &name);...mnt->mnt.mnt_root = root;[2*]mnt->mnt.mnt_sb = root->d_sb;[3*]mnt->mnt_mountpoint = mnt->mnt.mnt_root;[4*]mnt->mnt_parent = mnt;[5*]root.mnt = mnt;root.dentry = mnt->mnt_root;mnt->mnt_flags |= MNT_LOCKED;set_fs_pwd(current->fs, &root);set_fs_root(current->fs, &root);...rest_initkernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);

在执行kernel_init之前，会建立roofs文件系统。

[1*]处设置了根目录的名字为“/”。
[2*]处设置了vfsmount中的root目录
[3*]处设置了vfsmount中的超级块
[4*]处设置了vfsmount中的文件挂载点，指向了自己
[5*]处设置了vfsmount中的父文件系统的vfsmount为自己

解压initramfs到rootfs中

根目录有了，接下来就可以按照传递给内核的参数与内核编译选项来决定如何建立根文件系统。

内核编译选项可以选择是否支持initramfs，是不是指定了initramfs目录。不管配置内核的时候是不是支持initramfs，内核要保证在__initramfs_start处放着一个initramfs文件系统。

分三种情况讨论内核对initramfs的支持

配置内核支持initramfs，并指定了initramfs所在目录，那么内核会把这个目录压缩到__initramfs_start指向的段”.init.ramfs”。此种情况在grub引导的时候不必要指定外部文件系统，此时initramfs就作为根文件系统来使用了。当然也可以指定。
配置内核支持initramfs，但是没有指定initramfs所在目录。内核会执行default_initramfs()来创建一个最小的initramfs到__initramfs_start指向的段”.init.ramfs”，包含/dev目录、/dev/console设备节点和/root目录。此种情况需要告诉grub外部文件系统。
配置内核不支持initramfs。内核会执行default_rootfs()来创建一个最小的initramfs到__initramfs_start指向的段”.init.ramfs”，包含/dev目录、/dev/console设备节点和/root目录。此种情况需要告诉grub外部文件系统。

如何告诉grub外部文件系统所在，initrd_start变量保存了外部文件系统的起始地址，应该是由链接脚本指定。

外部文件系统可以是initrd格式，也可以是cpio格式。如何处理外部文件系统，是在populate_rootfs函数中。

内核编译的时候rootfs_initcall(populate_rootfs);会将populate_rootfs函数加入到初始化区段。会在kernel_init中被调用。

kernel_initkernel_init_freeabledo_basic_setupdo_initcallspopulate_rootfs

populate_rootfs函数的作用就是将编译的initramfs文件系统解压到rootfs的根目录中。

static int __init populate_rootfs(void)
{char *err = unpack_to_rootfs(__initramfs_start, __initramfs_size);//将__initramfs_start处的文件系统解压出来，上面说过了，内核编译时候保证至少会有一个initramfs在此处if (err)panic("%s", err); /* Failed to decompress INTERNAL initramfs */if (initrd_start) {//如果配置grub时候指定了外部文件系统，grub会将外部文件数据加载到initrd_start
#ifdef CONFIG_BLK_DEV_RAM//如果配置内核支持initrd格式的文件系统int fd;printk(KERN_INFO "Trying to unpack rootfs image as initramfs...\n");err = unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,initrd_end - initrd_start);//首先还是按照initramfs格式解压grub加载的文件系统if (!err) {free_initrd();goto done;} else {clean_rootfs();unpack_to_rootfs(__initramfs_start, __initramfs_size);//如果grub加载的文件系统不是initramfs格式，那么清除rootfs中的数据，重新解压__initramfs_start，因为目录可能被破坏}printk(KERN_INFO "rootfs image is not initramfs (%s)""; looks like an initrd\n", err);fd = sys_open("/initrd.image",O_WRONLY|O_CREAT, 0700);if (fd >= 0) {ssize_t written = xwrite(fd, (char *)initrd_start,initrd_end - initrd_start);//将grub加载的文件系统写入到/initrd.image文件中if (written != initrd_end - initrd_start)pr_err("/initrd.image: incomplete write (%zd != %ld)\n",written, initrd_end - initrd_start);sys_close(fd);free_initrd();}done:
#elseprintk(KERN_INFO "Unpacking initramfs...\n");err = unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,initrd_end - initrd_start);//如果配置内核不支持initrd格式文件系统，那么统一按照initramfs格式解压if (err)printk(KERN_EMERG "Initramfs unpacking failed: %s\n", err);free_initrd();
#endif/** Try loading default modules from initramfs.  This gives* us a chance to load before device_initcalls.*/load_default_modules();}return 0;
}

此时rootfs文件系统中的基本的目录结构已经被populate_rootfs处理好。

populate_rootfs()执行完后，

如果是initramfs和cpio-initrd的话，都已经将他们释放到了前面初始化完成的rootfs中去了，那么根目录下肯定会出现init文件。

而如果是image-initrd，那么只会在rootfs根目录下出现一个initrd.image文件。

返回到kernel_init_freeable

static noinline void __init kernel_init_freeable(void)
{...do_basic_setup();...if (!ramdisk_execute_command)//如果没有指定内核启动参数rdinitramdisk_execute_command = "/init";//内核默认最开始执行的脚本是init脚本if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {ramdisk_execute_command = NULL;//如果内核没有在此时的rootfs的根目录下发现init文件，就会执行prepare_namespace函数，说明grub加载的initrd格式的文件系统prepare_namespace();//函数的主要功能就是进一步检查是不是旧的块设备的initrd。}

假设此时正确加载了根文件系统，返回到kernel_init

static int __ref kernel_init(void *unused)
{...kernel_init_freeable();...if (ramdisk_execute_command) {//如果在kernel_init_freeable函数中找到init脚本，那么就执行这个脚本，由参数rdinit指定ret = run_init_process(ramdisk_execute_command);if (!ret)return 0;pr_err("Failed to execute %s (error %d)\n",ramdisk_execute_command, ret);}/** We try each of these until one succeeds.** The Bourne shell can be used instead of init if we are* trying to recover a really broken machine.*/if (execute_command) {//由参数init指定ret = run_init_process(execute_command);if (!ret)return 0;panic("Requested init %s failed (error %d).",execute_command, ret);}if (!try_to_run_init_process("/sbin/init") ||//上面都没有找到的话，依次尝试几个目录下的启动脚本!try_to_run_init_process("/etc/init") ||!try_to_run_init_process("/bin/init") ||!try_to_run_init_process("/bin/sh"))return 0;panic("No working init found.  Try passing init= option to kernel. ""See Linux Documentation/init.txt for guidance.");
}

prepare_namespace挂载磁盘上的文件系统

来看看prepare_namespace函数如何进一步检查是不是旧的块设备的initrd。

void __init prepare_namespace(void)
{...if (saved_root_name[0]) {root_device_name = saved_root_name;//这个是root参数指定。if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3) ||!strncmp(root_device_name, "ubi", 3)) {mount_block_root(root_device_name, root_mountflags);goto out;}ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);//通过指定的根文件系统所在设备匹配出ROOT_DEV号。此时sysfs文件系统已经建立了，各个硬件设备已经被扫描过并在sysfs下建立对应的层次结构了。if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0)root_device_name += 5;}if (initrd_load())//加载老式块设备的initrd，这里也分两种情况，一种是将initrd作为真实文件系统返回0，也就是ram0作为根设备；另外一种就是作为一种过渡的文件系统，加载了硬盘上的文件系统，返回1。goto out;...
out:devtmpfs_mount("dev");sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);//将当前目录“/root"上的vfsmount(该结构体此时代表硬盘上实际文件系统)挂载到“/”目录，又是很神奇的一步sys_chroot(".");

找到ROOT_DEV号之后，initrd_load接着处理挂载事务。

int __init initrd_load(void)
{if (mount_initrd) {//如果指定了noinitrd参数，mount_initrd才会等于0create_dev("/dev/ram", Root_RAM0);//创建一个/dev/ram0设备节点/** Load the initrd data into /dev/ram0. Execute it as initrd* unless /dev/ram0 is supposed to be our actual root device,* in that case the ram disk is just set up here, and gets* mounted in the normal path.*/if (rd_load_image("/initrd.image") && ROOT_DEV != Root_RAM0) {//rd_load_image函数将/initrd.image文件写入/dev/ram0中sys_unlink("/initrd.image");handle_initrd();//如果grub配置文件中指定的根设备不是Root_RAM0就调用handle_initrd处理return 1;//表示image-initrd 作为中间过渡的文件系统}}//如果你在bootloader里配置了root=/dev/ramx,则实际上真正的根设备就是这个initrd了，所以就不把它作为initrd处理 ，而是作为真实文件系统来处理。sys_unlink("/initrd.image");return 0;//image-initrd作为真实的文件系统
}

rd_load_image函数主要流程,就是将/initrd.image写入/dev/ram0

int __init rd_load_image(char *from)
{...out_fd = sys_open("/dev/ram", O_RDWR, 0);if (out_fd < 0)goto out;in_fd = sys_open(from, O_RDONLY, 0);if (in_fd < 0)goto noclose_input;...sys_read(in_fd, buf, BLOCK_SIZE);sys_write(out_fd, buf, BLOCK_SIZE);

实际处理落入handle_initrd

static void __init handle_initrd(void){    struct subprocess_info *info;static char *argv[] = { "linuxrc", NULL, };extern char *envp_init[];int error;real_root_dev = new_encode_dev(ROOT_DEV);create_dev("/dev/root.old", Root_RAM0);//以相同的设备号建立一个设备节点，其实还是/dev/ram0，还是/initrd.image，还是grub加载的外部文件系统/* mount initrd on rootfs' /root */mount_block_root("/dev/root.old", root_mountflags & ~MS_RDONLY);//将/dev/root.old挂载到/root上，并且切换当前目录到/root上sys_mkdir("/old", 0700);sys_chdir("/old");//切换当前目录到/old/* try loading default modules from initrd */load_default_modules();/** In case that a resume from disk is carried out by linuxrc or one of* its children, we need to tell the freezer not to wait for us.*/current->flags |= PF_FREEZER_SKIP;info = call_usermodehelper_setup("/linuxrc", argv, envp_init,//linuxrc脚本用来真正做一些初始化工作GFP_KERNEL, init_linuxrc, NULL, NULL);//创建一个工作队列，用来调用执行/linuxrc脚本，init_linuxrc函数会将根目录切换到/root上，这个时候，会将“/root”挂载到“/”上，也就是“/dev/ram0”的vfsmount结构体挂到“rottfs”的vfsmountif (!info)return;call_usermodehelper_exec(info, UMH_WAIT_PROC);//等待linuxrc完成current->flags &= ~PF_FREEZER_SKIP;/* move initrd to rootfs' /old *///不得不说vfsmount的设计让下面两步显得有点魔幻sys_mount("..", ".", NULL, MS_MOVE, NULL);//“..”是“/”目录，这个时候的根目录挂载的是initrd的文件系统，也就是“/dev/ram0”文件系统的vfsmount，将该vfsmount的挂载点设置到/old目录/* switch root and cwd back to / of rootfs */sys_chroot("..");//由于上一步将initrd的vfsmount挂载到/old上了，此时，“/”上挂载的是rootfs的vfsmount，将current的root指向rootfs的根目录if (new_decode_dev(real_root_dev) == Root_RAM0) {sys_chdir("/old");//如果initrd作为真实文件系统，切换到old目录，直接返回return;}sys_chdir("/");ROOT_DEV = new_decode_dev(real_root_dev);mount_root();//创建/dev/root，将/dev/root挂载到/root上，并且将当前目前切换到/root上printk(KERN_NOTICE "Trying to move old root to /initrd ... ");error = sys_mount("/old", "/root/initrd", NULL, MS_MOVE, NULL);//将/old挂载到现在root下的initrd，如果root目录下没有initrd目录则释放/oldif (!error)printk("okay\n");else {int fd = sys_open("/dev/root.old", O_RDWR, 0);if (error == -ENOENT)printk("/initrd does not exist. Ignored.\n");elseprintk("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");}
}

mount_root创建/dev/root节点，挂载到/root目录上。

void __init mount_root(void)
{
...
#ifdef CONFIG_BLOCK{int err = create_dev("/dev/root", ROOT_DEV);if (err < 0)pr_emerg("Failed to create /dev/root: %d\n", err);mount_block_root("/dev/root", root_mountflags);}
#endif
}

void __init mount_block_root(char *name, int flags)
{...get_fs_names(fs_names);
retry:for (p = fs_names; *p; p += strlen(p)+1) {int err = do_mount_root(name, p, flags, root_mount_data);...
}

static int __init do_mount_root(char *name, char *fs, int flags, void *data)
{struct super_block *s;int err = sys_mount(name, "/root", fs, flags, data);if (err)return err;sys_chdir("/root");s = current->fs->pwd.dentry->d_sb;ROOT_DEV = s->s_dev;printk(KERN_INFO"VFS: Mounted root (%s filesystem)%s on device %u:%u.\n",s->s_type->name,s->s_flags & MS_RDONLY ?  " readonly" : "",MAJOR(ROOT_DEV), MINOR(ROOT_DEV));return 0;
}

题外话：启动引导程序怎么识别"/boot"分区(或者目录)　

　　分区是怎么识别的呢？为什么计算机就知道这个分区叫做boot呢？

　　我先开始疑惑的是，到底什么是根文件系统？这个根文件系统的根挂载在哪里？

　　什么又是真实文件系统，中间为什么又加入一层initrd？

　　这个initrd又是如何被识别的？

　　我试着结合实践过程中的收获来梳理一下：

　　分区的信息都存放在MBR里面，记录着起始扇区号和扇区数。MBR里面的启动引导程序会根据当初安装系统是指定的分区信息寻找所谓的boot分区。当初安装系统的时候，我们手工指定的一块硬盘空间的起始扇区号和扇区大小的信息肯定被初始化为引导程序中的某些变量。引导程序执行的时候就根据这些信息通过BIOS中断将boot所在的扇区加载进来。为什么叫做boot呢，我感觉叫做toob也没关系，主要是方便用户辨别。

　　内核的加载不仅依靠代码来完成，还要硬盘上的数据按照指定的格式来存放，这样引导程序的代码才能按照一定顺序来读取硬盘上的数据来计算或者比较。这也体现了文件系统的动静两面的特性。不能认为只有内存中运行的代码才叫文件系统，硬盘中按照一定格式躺着的数据也叫文件系统。

　　根文件系统就是一个叫做rootfs的文件系统，之后的文件操作都是依附在rootfs下。rootfs的根并没有挂载在其它文件系统上，挂载点指向自己目录结构体。

　　这个真实文件系统就是配置引导程序时候指定的root参数。这个参数指定了最后作为init进程(0号进程)的根文件系统所在的分区。

　　中间为什么又加入一层initrd呢？就是为了减少内核体积，使得设计内核时候不用考虑多种硬件如何识别。

　　这个initrd如何被识别呢？应该是通过链接脚本来指定加载地址initrd_start，然后内核将initrd_start处的压缩包解开。

参考资料

[1]从linux启动到rootfs的挂载分析

http://blog.csdn.net/kevin_hcy/article/details/17663341

[2]解析 Linux 中的 VFS 文件系统机制

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-vfs/index.html

[3]linux内核4.4版本

[4]linux2.6内核initrd机制解析

https://blog.csdn.net/lizhiguo0532/article/details/5946690

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linux根文件系统的挂载过程详解

前言

rootfs的种类

rootfs文件系统的挂载过程

根文件系统挂载过程

注册挂载rootfs文件系统

解压initramfs到rootfs中

prepare_namespace挂载磁盘上的文件系统

题外话：启动引导程序怎么识别"/boot"分区(或者目录)

参考资料

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