用戶空間的初始化initial

Linux Kernel ：用戶空間的初始化

取自：http://blog.csdn.net/innost/article/details/6706986 阿拉神農

linuximageandroid存儲disk工作

上篇我們知道，kernel初始化後將啓動init進程，那麼這個進程將幹些什麼呢？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爲何還需要一個文件系統？經過反覆琢磨，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上文件系統佈局的標準，例如 usr目錄大概是幹嗎的，tmp目錄大概是幹嘛的。有空可以瞧瞧....其實使用LINUX OS多了，自然就理解了。

2 常用的文件夾佈局：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

這裏講的是execve init之前的事情，因爲源碼中：

• run_init_process("/usr/bin/init")：這個時候已經有FS的佈局了，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。這裏介紹非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，這裏還有一個叫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。

這裏關於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要複雜多了）

 

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啓動的時候，或者bootloader下載到某個地方
• bootloader把initrd的地址告訴內核。內核啓動時候把這個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

（這裏有很多細節問題，以後我們分析源碼再來搞懂它）

BL啓動內核的時候，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，並掛載爲/
• 找到這個disk中的linuxrc文件，然後執行裏邊的語句《====這給了我們定製化自己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。）這裏的處理稍有差異。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。

那麼如何製作這個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）

如何製作自己的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 < testramfs.cpio。這樣就能還原testramfs文件夾中的內容了。

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啓動的一些問題。

再三解釋一下，爲什麼需要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。內核啓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。這裏要明白一點，沒有一個FS的話，LK是沒法正常工作的。

 

五 U-Boot

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

• UB的代碼結構，先從CPU的start.S開始，這裏會根據不同的CPU進行初始化，大部分代碼都不需要我們修改
• 再是Board的啓動，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）

這裏列出以下參考書：

其中，關於SDRAM.pdf，網址已經移到了：http://www.maxwell.com/products/microelectronics/docs/INTRO_TO_SDRAM.PDF

各位看官可以下載看看。