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  • 本篇文章以S3C6410公版的Linux BSP和U-Boot来进行...在Kernel启动的初始阶段,首先去创建虚拟的根文件系统,接下来再去调用do_mount来加载真正的文件系统,并将根文件系统切换到真正的文件系统,也即真实的文件系统。
  • (1)init进程的应用程序在根文件系统上,因此向用户态切换根文件系统必不可少。 (2)根文件系统提供了根目录/ ,相当于一个数根、起点,通过这个能够找到你想要找的那个位置。 (3)内核启动后的应用层配置(etc...
  • 浅谈linux中的根文件系统(rootfs的原理和介绍)

    万次阅读 多人点赞 2017-10-04 22:37:53
    linux中有一个让很多初学者都不是特别清楚的概念,叫做“根文件系统”。我接触linux前前后后也好几年了,但是对这个问题,至今也不是特别的清楚,至少没法向其他初学者们给出一个很全面很到位的解释。于是,今天我们...

    linux中有一个让很多初学者都不是特别清楚的概念,叫做“根文件系统”。我接触linux前前后后也好几年了,但是对这个问题,至今也不是特别的清楚,至少没法给出一个很全面很到位的解释。于是,今天我们就来理一理这个话题。

    一、先交代一下文件系统

    在开始讨论根文件系统这个话题之前,我们必首先交代一下文件系统这个概念。毕竟,根文件系统只是文件系统中的一种比较特殊的形式而已。根据伟大的百度百科:

    文件系统是操作系统用于明确存储设备(常见的是磁盘,也有基于NAND Flash的固态硬盘)或分区上的文件的方法和数据结构;即在存储设备上组织文件的方法。操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统,简称文件系统。文件系统由三部分组成:文件系统的接口,对对象操作和管理的软件集合,对象及属性。从系统角度来看,文件系统是对文件存储设备的空间进行组织和分配,负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的系统。具体地说,它负责为用户建立文件,存入、读出、修改、转储文件,控制文件的存取,当用户不再使用时撤销文件等。

    文件系统的重要性,我想大家都很清楚,不用多说了。这里有一句话,我觉得非常精辟而且到位的点出了文件系统在linux中的重要性:

    尽管内核是linux的核心,但文件却是用户与操作系统交互所采用的主要工具。这对linux来说尤其如此,这是因为在UNIX传统中,它使用文件I/O机制管理硬件设备和数据文件。

    二、什么是根文件系统

    然后来解释一下“根文件系统”这个名词的基本概念。同样引自百度百科的解释:

    根文件系统首先是内核启动时所mount的第一个文件系统,内核代码映像文件保存在根文件系统中,而系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些基本的初始化脚本和服务等加载到内存中去运行。

    展开来细说就是,根文件系统首先是一种文件系统,该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能,但是相对于普通的文件系统,它的特殊之处在于,它是内核启动时所挂载(mount)的第一个文件系统,内核代码的映像文件保存在根文件系统中,系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本(如rcS,inittab)和服务加载到内存中去运行。我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上,是没有办法真正的启动Linux操作系统的,会出现无法加载文件系统的错误。

    三、根文件系统为什么这么重要

    根文件系统之所以在前面加一个”根“,说明它是加载其它文件系统的”根“,那么如果没有这个根,其它的文件系统也就没有办法进行加载的。

    根文件系统包含系统启动时所必须的目录和关键性的文件,以及使其他文件系统得以挂载(mount)所必要的文件。例如:

    1. init进程的应用程序必须运行在根文件系统上;
    2. 根文件系统提供了根目录“/”;
    3. linux挂载分区时所依赖的信息存放于根文件系统/etc/fstab这个文件中;
    4. shell命令程序必须运行在根文件系统上,譬如ls、cd等命令;

    总之:一套linux体系,只有内核本身是不能工作的,必须要rootfs(上的etc目录下的配置文件、/bin /sbin等目录下的shell命令,还有/lib目录下的库文件等···)相配合才能工作。

    Linux启动时,第一个必须挂载的是根文件系统;若系统不能从指定设备上挂载根文件系统,则系统会出错而退出启动。成功之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此,一个系统中可以同时存在不同的文件系统。在 Linux 中将一个文件系统与一个存储设备关联起来的过程称为挂载(mount)。使用 mount 命令将一个文件系统附着到当前文件系统层次结构中(根)。在执行挂装时,要提供文件系统类型、文件系统和一个挂装点。根文件系统被挂载到根目录下“/”上后,在根目录下就有根文件系统的各个目录,文件:/bin /sbin /mnt等,再将其他分区挂接到/mnt目录上,/mnt目录下就有这个分区的各个目录和文件。

    四、如何在内核中挂载根文件系统

    init/main.c->

    start_kernel()->vfs_caches_init(totalram_pages)–>

    mnt_init()–>

    /* sysfs用来记录和展示linux驱动模型,sysfs先于rootfs挂载是为全面展示linux驱动模型做好准备 /
         /
    mnt_init()调用sysfs_init()注册并挂载sysfs文件系统,然后调用kobject_create_and_add()创建fs目录 */
         sysfs_init();

    /* init_rootfs()注册rootfs,然后调用init_mount_tree()挂载rootfs */
         init_rootfs();

    init_mount_tree();

    1、sysfs文件系统目前还没有挂载到rootfs的某个挂载点上,后续init程序会把sysfs挂载到rootfs的sys挂载点上;

    2、rootfs是基于内存的文件系统,所有操作都在内存中完成;也没有实际的存储设备,所以不需要设备驱动程序的参与。基于以上原因,linux在启动阶段使用rootfs文件系统,当磁盘驱动程序和磁盘文件系统成功加载后,linux系统会将系统根目录从rootfs切换到磁盘文件系统。

    start_kernel
      vfs_caches_init
        mnt_init
          init_rootfs注册rootfs文件系统
          init_mount_tree 挂载rootfs文件系统
            vfs_kern_mount
              mount_fs
                type->mount其实是rootfs_mount
                  mount_nodev
                    fill_super 其实是ramfs_fill_super
                      inode = 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_init
      kernel_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;

    五、根文件系统各个常用目录简介

    正常来说,根文件系统至少包括以下目录:

    1. /etc/:存储重要的配置文件。
    2. /bin/:存储常用且开机时必须用到的执行文件。
    3. /sbin/:存储着开机过程中所需的系统执行文件。
    4. /lib/:存储/bin/及/sbin/的执行文件所需的链接库,以及Linux的内核模块。
    5. /dev/:存储设备文件。

    注:五大目录必须存储在根文件系统上,缺一不可。

    六、顺便说下linux文件系统的常用目录

    Linux文件系统中一般有如下几个目录:

    1. /bin目录
      该目录下存放所有用户都可以使用的、基本的命令,这些命令在挂接其它文件系统之前就可以使用,所以/bin目录必须和根文件系统在同一个分区中。
      /bin目录下常用的命令有:cat,chgrp,chmod,cp,ls,sh,kill,mount,umount,mkdir,mknod,test等,我们在利用Busybox制作根文件系统时,在生成的bin目录下,可以看到一些可执行的文件,也就是可用的一些命令。

    2. /sbin 目录
      该目录下存放系统命令,即只有管理员能够使用的命令,系统命令还可以存放在/usr/sbin,/usr/local/sbin目录下,/sbin目录中存放的是基本的系统命令,它们用于启动系统,修复系统等,与/bin目录相似,在挂接其他文件系统之前就可以使用/sbin,所以/sbin目录必须和根文件系统在同一个分区中。
      /sbin目录下常用的命令有:shutdown,reboot,fdisk,fsck等,本地用户自己安装的系统命令放在/usr/local/sbin目录下。

    3. /dev目录
      该目录下存放的是设备文件,设备文件是Linux中特有的文件类型,在Linux系统下,以文件的方式访问各种设备,即通过读写某个设备文件操作某个具体硬件。比如通过"dev/ttySAC0"文件可以操作串口0,通过"/dev/mtdblock1"可以访问MTD设备的第2个分区。

    4. /etc目录
      该目录下存放着各种配置文件,对于PC上的Linux系统,/etc目录下的文件和目录非常多,这些目录文件是可选的,它们依赖于系统中所拥有的应用程序,依赖于这些程序是否需要配置文件。在嵌入式系统中,这些内容可以大为精减。

    5. /lib目录
      该目录下存放共享库和可加载(驱动程序),共享库用于启动系统。运行根文件系统中的可执行程序,比如:/bin /sbin 目录下的程序。

    6. /home目录
      用户目录,它是可选的,对于每个普通用户,在/home目录下都有一个以用户名命名的子目录,里面存放用户相关的配置文件。

    7. /root目录
      根用户的目录,与此对应,普通用户的目录是/home下的某个子目录。

    8. /usr目录
      /usr目录的内容可以存在另一个分区中,在系统启动后再挂接到根文件系统中的/usr目录下。里面存放的是共享、只读的程序和数据,这表明/usr目录下的内容可以在多个主机间共享,这些主要也符合FHS标准的。/usr中的文件应该是只读的,其他主机相关的,可变的文件应该保存在其他目录下,比如/var。/usr目录在嵌入式中可以精减。

    9. /var目录
      与/usr目录相反,/var目录中存放可变的数据,比如spool目录(mail,news),log文件,临时文件。

    10. /proc目录
      这是一个空目录,常作为proc文件系统的挂接点,proc文件系统是个虚拟的文件系统,它没有实际的存储设备,里面的目录,文件都是由内核临时生成的,用来表示系统的运行状态,也可以操作其中的文件控制系统。

    11. /mnt目录
      用于临时挂载某个文件系统的挂接点,通常是空目录,也可以在里面创建一引起空的子目录,比如/mnt/cdram /mnt/hda1 。用来临时挂载光盘、硬盘。

    12. /tmp目录
      用于存放临时文件,通常是空目录,一些需要生成临时文件的程序用到的/tmp目录下,所以/tmp目录必须存在并可以访问。

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  • linux根文件系统

    千次阅读 2012-11-29 17:21:36
    Linux中,说道文件系统你可能会想到Ext2、Ext3,但你还必须要有一个根文件系统的概念。根文件系统首先是一种文件系统,该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能,但是相对于普通的文件系统,它的特殊...

    在Linux中,说道文件系统你可能会想到Ext2、Ext3,但你还必须要有一个根文件系统的概念。根文件系统首先是一种文件系统,该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能,但是相对于普通的文件系统,它的特殊之处在于,它是内核启动时所mount的第一个文件系统,内核代码的映像文件保存在根文件系统中,系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本(如rcS,inittab)和服务加载到内存中去运行。我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上,是没有办法真正的启动Linux操作系统的,会出现无法加载文件系统的错误。   

    那么根文件系统在系统启动中到底是什么时候挂载的呢?先将/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.根文件系统执行完之后,也就是到了Start_kernel()函数的最后,执行init的进程,也就第一个用户进程。对系统进行各种初始化的操作。如果要能明白这里的过程的话,可要好好的看看Linux内核源码了。

    根文件系统之所以在前面加一个”根“,说明它是加载其它文件系统的”根“,既然是根的话,那么如果没有这个根,其它的文件系统也就没有办法进行加载的。它包含系统引导和使其他文件系统得以mount所必要的文件。根文件系统包括Linux启动时所必须的目录和关键性的文件,例如Linux启动时都需要有init目录下的相关文件,在 Linux挂载分区时Linux一定会找/etc/fstab这个挂载文件等,根文件系统中还包括了许多的应用程序bin目录等,任何包括这些Linux 系统启动所必须的文件都可以成为根文件系统。   

    Linux启动时,第一个必须挂载的是根文件系统;若系统不能从指定设备上挂载根文件系统,则系统会出错而退出启动。成功之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此,一个系统中可以同时存在不同的文件系统。   

    在 Linux 中将一个文件系统与一个存储设备关联起来的过程称为挂装(mount)。使用 mount 命令将一个文件系统附着到当前文件系统层 次结构中(根)。在执行挂装时,要提供文件系统类型、文件系统和一个挂装点。根文件系统被挂载到根目录下“/”上后,在根目录下就有根文件系统的各个目录,文件:/bin /sbin /mnt等,再将其他分区挂接到/mnt目录上,/mnt目录下就有这个分区的各个目录,文件。   


    Linux根文件系统中一般有如下图的几个目录:   

    1./bin目录   

    该目录下存放所有用户都可以使用的、基本的命令,这些命令在挂接其它文件系统之前就可以使用,所以/bin目录必须和根文件系统在同一个分区中。   

    /bin目录下常用的命令有:cat,chgrp,chmod,cp,ls,sh,kill,mount,umount,mkdir,m knod,[,test等“[”命令其实就是test命令,我们在利用Busybox制作根文件系统时,在生成的bin目录下,可以看到一些可执行的文件,也就是可用的一些命令。  

    2./sbin 目录   

    该目录下存放系统命令,即只有管理员能够使用的命令,系统命令还可以存放在/usr/sbin,/usr/local/sbin目录下,/sbin目录中存放的是基 本的系统命令,它们用于启动系统,修复系统等,与/bin目录相似,在挂接其他文件系统之前就可以使用/sbin,所以/sbin目录必须和根文件系统在同一个分区中。   

    /sbin目录下常用的命令有:shutdown reboot fdisk fsck等,本地用户自己安装的系统命令放在/usr/local/sbin目录下。   

    3、/dev目录   

    该目录下存放的是设备文件,设备文件是Linux中特有的文件类型,在Linux系统下,以文件的方式访问各种设备,即通过读写某个设备文件操作某个具体硬件。比如通过"dev/ttySAC0"文件可以操作串口0,通过"/dev/mtdblock1"可以访问MTD设备的第2个分区。   

    4./etc目录   

    该目录下存放着各种配置文件,对于PC上的Linux系统,/etc目录下的文件和目录非常多,这些目录文件是可选的,它们依赖于系统中所拥有的应用程序,依赖于这些程序是否需要配置文件。在嵌入式系统中,这些内容可以大为精减。   

    5./lib目录   

    该目录下存放共享库和可加载(驱动程序),共享库用于启动系统。运行根文件系统中的可执行程序,比如:/bin /sbin 目录下的程序。   

    6、/home目录   

    用户目录,它是可选的,对于每个普通用户,在/home目录下都有一个以用户名命名的子目录,里面存放用户相关的配置文件。   

    7./root目录   

    根用户的目录,与此对应,普通用户的目录是/home下的某个子目录。   

    8./usr目录   

    /usr目录的内容可以存在另一个分区中,在系统启动后再挂接到根文件系统中的/usr目录下。里面存放的是共享、只读的程序和数据,这表明/usr目录下的内容可以在多个主机间共享,这些主要也符合FHS标准的。/usr中的文件应该是只读的,其他主机相关的,可变的文件应该保存在其他目录下,比如/var。/usr目录在嵌入式中可以精减。   

    9、 /var目录

    与/usr目录相反,/var目录中存放可变的数据,比如spool目录(mail,news),log文件,临时文件。   

    10、/proc目录   

    这是一个空目录,常作为proc文件系统的挂接点,proc文件系统是个虚拟的文件系统,它没有实际的存储设备,里面的目录,文件都是由内核   临时生成的,用来表示系统的运行状态,也可以操作其中的文件控制系统。   

    11、 /mnt目录   

    用于临时挂载某个文件系统的挂接点,通常是空目录,也可以在里面创建一引起空的子目录,比如/mnt/cdram /mnt/hda1 。用来临时挂载光盘 硬盘、   

    12. /tmp目录   

    用于存放临时文件,通常是空目录,一些需要生成临时文件的程序用到的/tmp目录下,所以/tmp目录必须存在并可以访问。   

    那我们利用Busybox制作根文件系统就是创建这上面的这些目录,和这些目录下面的各种文件。   

    对于嵌入式Linux系统的根文件系统来说,一般可能没有上面所列出的那么复杂,比如嵌入式系统通常都不是针对多用户的,所以/home这个目录在一般嵌入式Linux中可能就很少用到,而/boot这个目录则取决于你所使用的BootLoader是否能够重新获得内核映象从你的根文件系统在内核启动之前。一般说来,只有/bin,/dev,/etc,/lib,/proc,/var,/usr这些需要的,而其他都是可选的。   

    根文件系统一直以来都是所有类Unix操作系统的一个重要组成部分,也可以认为是嵌入式Linux系统区别于其他一些传统嵌入式操作系统的重要特征,它给 Linux带来了许多强大和灵活的功能,同时也带来了一些复杂性。我们需要清楚的了解根文件系统的基本结构,以及细心的选择所需要的系统库、内核模块和应用程序等,并配置好各种初始化脚本文件,以及选择合适的文件系统类型并把它放到实际的存储设备的合适   位置,下面是几中比较常用的文件系统。   

    (1) jffs2   

    JFFS嵌入式系统文件系统最早是由瑞典 Axis Communications公司基于Linux2.0的内核为嵌入式系统开发的文件系统。JFFS2是RedHat公司   基于JFFS开发的闪存文件系统,最初是针对RedHat公司的嵌入式产品eCos开发的嵌入式文件系统,所以JFFS2也可以用在Linux, uCLinux中。   

    Jffs2: 日志闪存嵌入式系统文件系统版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)   主要用于NOR型闪存,基于MTD驱动层,特点是:可读写的、支持数据压缩的、基于哈希表的日志型文件系统,并提供了崩溃/掉电安全保护   ,提供“写平衡”支持等。缺点主要是当文件系统已满或接近满时,因为垃圾收集的关系而使jffs2的运行速度大大放慢。目前jffs3正在开发   中。关于jffs系列文件系统的使用详细文档,可参考MTD补丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt。   jffsx不适合用于NAND闪存主要是因为NAND闪存的容量一般较大,这样导致jffs为维护日志节点所占用的内存空间迅速增大,另外,jffsx   文件系统在挂载时需要扫描整个FLASH的内容,以找出所有的日志节点,建立文件结构,对于大容量的NAND闪存会耗费大量时间。   

    (2) yaffs:Yet Another Flash File System   

    yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用 NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。与jffs2相比,它减少了一些功能(例如不支持数据压缩),所以速度更快,挂载时间很短,对内存的占用较小。另外,它还是跨平台的文件系统,除了Linux和eCos,还支持WinCE, pSOS和ThreadX等。   yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动,并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API,用户可以不使用Linux中的MTD与VFS,直接对文件系统操作。当然,yaffs也可与MTD驱动程序配合使用。   yaffs与 yaffs2的主要区别在于,前者仅支持小页(512 Bytes) NAND闪存,后者则可支持大页(2KB) NAND闪存。同时,yaffs2在内存空间   占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。   

    (3) Cramfs:Compressed ROM File System   

    Cramfs是Linux的创始人 Linus Torvalds参与开发的一种只读的压缩文件系统。它也基于MTD驱动程序。在cramfs文件系统中,每一页(4KB)被单独压缩,可以随机页访问,其压缩比高达2:1,为嵌入式系统节省大量的Flash存储空间,使系统可通过更低容量的FLASH存储相同的文件,从而降低系统成本。   Cramfs文件系统以压缩方式存储,在运行时解压缩,所以不支持应用程序以XIP方式运行,所有的应用程序要求被拷到RAM里去运行,但这   并不代表比 Ramfs需求的RAM空间要大一点,因为Cramfs是采用分页压缩的方式存放档案,在读取档案时,不会一下子就耗用过多的内存空间,   只针对目前实际读取的部分分配内存,尚没有读取的部分不分配内存空间,当我们读取的档案不在内存时,Cramfs文件系统自动计算压缩后的   资料所存的位置,再即时解压缩到 RAM中。另外,它的速度快,效率高,其只读的特点有利于保护文件系统免受破坏,提高了系统的可靠性。   由于以上特性,Cramfs在嵌入式系统中应用广泛。但是它的只读属性同时又是它的一大缺陷,使得用户无法对其内容对进扩充。Cramfs映像通   常是放在Flash中,但是也能放在别的文件系统里,使用 loopback 设备可以把它安装别的文件系统里。   

    (4) 网络文件系统NFS (Network File System)   

    NFS是由Sun开发并发展起来的一项在不同机器、不同操作系统之间通过网络共享文件的技术。在嵌入式Linux系统的开发调试阶段,可以利用该技术在主机上建立基于NFS 的根文件系统,挂载到嵌入式设备,可以很方便地修改根文件系统的内容。以上讨论的都是基于存储设备的文件系统(memory-based file system),它们都可用作Linux的根文件系统。实际上,Linux还支持逻辑的或伪文件系统(logical or pseudo file system),例如procfs(proc文件系统),用于获取系统信息,以及devfs(设备文件系统)和sysfs,用于维护设备文件。


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  • Linux内核与根文件系统的关系详解

    千次阅读 2018-09-14 06:41:16
    Linux内核与根文件系统的关系 开篇题外话:对于Linux初学者来说,这是一个很纠结的问题,但这也是一个很关键的问题! 一语破天机: “尽管内核是 Linux 的核心,但文件却是用户与操作系统交互所采用的主要工具。这...

    Linux内核与根文件系统的关系 开篇题外话:对于Linux初学者来说,这是一个很纠结的问题,但这也是一个很关键的问题!

    一语破天机: “尽管内核是 Linux 的核心,但文件却是用户与操作系统交互所采用的主要工具。这对 Linux 来说尤其如此,这是因为在 UNIX 传统中,它使用文件 I/O 机制管理硬件设备和数据文件。”

    一.什么是文件系统

    文件系统指文件存在的物理空间,linux系统中每个分区都是一个文件系统,都有自己的目录层次结构。

    Linux文件系统中的文件是数据的集合,文件系统不仅包含着文件中的数据而且还有文件系统的结构,所有Linux 用户和程序看到的文件、目录、软连接及文件保护信息等都存储在其中。这种机制有利于用户和操作系统的交互。

    每个实际文件系统从操作系统和系统服务中分离出来,它们之间通过一个接口层:虚拟文件系统或VFS来通讯。VFS使得Linux可以支持多个不同的文件系统,每个表示一个VFS 的通用接口。由于软件将Linux 文件系统的所有细节进行了转换,所以Linux核心的其它部分及系统中运行的程序将看到统一的文件系统。Linux 的虚拟文件系统允许用户同时能透明地安装许多不同的文件系统。

    在Linux文件系统中,EXT2文件系统、虚拟文件系统、/proc文件系统是三个具有代表性的文件系统。

    二.什么是根文件系统

    根文件系统首先是一种文件系统,该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能,但是相对于普通的文件系统,它的特殊之处在于,它是内核启动时所挂载(mount)的第一个文件系统,内核代码的映像文件保存在根文件系统中,系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本(如rcS,inittab)和服务加载到内存中去运行。我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上,是没有办法真正的启动Linux操作系统的,会出现无法加载文件系统的错误。

    那么根文件系统在系统启动中到底是什么时候挂载的呢?先将/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.根文件系统执行完之后,也就是到了Start_kernel()函数的最后,执行init的进程,也就第一个用户进程。对系统进行各种初始化的操作。

    根文件系统之所以在前面加一个”根“,说明它是加载其它文件系统的”根“,既然是根的话,那么如果没有这个根,其它的文件系统也就没有办法进行加载的。它包含系统引导和使其他文件系统得以挂载(mount)所必要的文件。根文件系统包括Linux启动时所必须的目录和关键性的文件,例如Linux启动时都需要有init目录下的相关文件,在 Linux挂载分区时Linux一定会找/etc/fstab这个挂载文件等,根文件系统中还包括了许多的应用程序bin目录等,任何包括这些Linux 系统启动所必须的文件都可以成为根文件系统。Linux启动时,第一个必须挂载的是根文件系统;若系统不能从指定设备上挂载根文件系统,则系统会出错而退出启动。成功之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此,一个系统中可以同时存在不同的文件系统。在 Linux 中将一个文件系统与一个存储设备关联起来的过程称为挂载(mount)。使用 mount 命令将一个文件系统附着到当前文件系统层次结构中(根)。在执行挂装时,要提供文件系统类型、文件系统和一个挂装点。根文件系统被挂载到根目录下“/”上后,在根目录下就有根文件系统的各个目录,文件:/bin /sbin /mnt等,再将其他分区挂接到/mnt目录上,/mnt目录下就有这个分区的各个目录,文件。

    三.什么是内核

    Linux内核就像人的心脏,灵魂,指挥中心。内核是一个操作系统的核心,它负责管理系统的进程,内存,设备驱动程序,文件和网络系统,决定着系统的性能和稳定性。内核以独占的方式执行最底层任务,保证系统正常运行。协调多个并发进程,管理进程使用的内存,使它们相互之间不产生冲突,满足进程访问磁盘的请求等.

    操作系统是一个用来和硬件打交道并为用户程序提供一个有限服务集的低级支撑软件。一个计算机系统是一个硬件和软件的共生体,它们互相依赖,不可分割。计算机的硬件,含有外围设备、处理器、内存、硬盘和其他的电子设备组成计算机的发动机。但是没有软件来操作和控制它,自身是不能工作的。完成这个控制工作的软件就称为操作系统,在Linux的术语中被称为“内核”,也可以称为“核心”。Linux内核的主要模块(或组件)分以下几个部分:存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信,以及系统的初始化(引导)、系统调用等。

    四.内核与文件系统的关系

    技术上说Linux是一个内核。“内核”指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。一个内核不是一套完整的操作系统。一套基于Linux内核的完整操作系统叫作Linux操作系统,或是GNU/Linux。

    文件系统是kernel的一部分。文件系统实现了系统上存储介质和其他资源的交互。kernel tree中的fs目录都是关于文件系统的,可以说它是kernel的一个大子系统。

    嵌入式系统在flash中分配了存放内核、根文件系统的区域。bootloader加载了内核,内核启动,加载文件系统,进入Linux系统。

    整个嵌入式系统而言,可以分为三个部分1.uboot 2.kernel 3.文件系统。其中kernel中以VFS去支持各种文件系统,如yaffs,ext3,cramfs等等。yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。在内核中以VFS来屏蔽各种文件系统的接口不同,以VFS向kernel提供一个统一的接口。如打开一个文件时统一使用open,写时采用write,而不用去考虑是那种文件系统,也不用去考虑文件系统是如何将数据写入物理介质的。其中 kernel中的配置,只是让VFS支持这种接口。

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  • Linux根文件系统(rootfs原理详解)

    千次阅读 2020-09-23 16:22:31
    linux中有一个让很多初学者都不是特别清楚的概念,叫做“根文件系统”。我接触linux前前后后也好几年了,但是对这个问题,至今也不是特别的清楚,至少没法给出一个很全面很到位的解释。于是,今天我们就来理一理这个...

    1 文件系统

    文件系统是os用来明确存储设备(常见的是磁盘,也有基于NAND Flash的固态硬盘)或分区上的文件的方法和数据结构;即在存储设备上组织文件的方法。操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统,简称文件系统。
    文件系统由三部分组成:文件系统的接口,对对象操作和管理的软件集合,对象及属性。从系统角度来看,文件系统是对文件存储设备的空间进行组织和分配,负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的系统。具体地说,它负责为用户建立文件,存入、读出、修改、转储文件,控制文件的存取,当用户不再使用时撤销文件等。

    尽管内核是linux的核心,但文件却是用户与操作系统交互所采用的主要工具。这对linux来说尤其如此,这是因为在UNIX传统中,它使用文件I/O机制管理硬件设备和数据文件。

    2 根文件系统

    根文件系统首先是内核启动时所mount的第一个文件系统,内核代码映像文件保存在根文件系统中,而系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些基本的初始化脚本和服务等加载到内存中去运行。

    根文件系统首先是一种文件系统,该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能,但相对于普通的文件系统,它是内核启动时挂载(mount)的第一个文件系统,内核代码的映像文件保存在根文件系统中,系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本(如rcS,inittab)和服务加载到内存中去运行。
    文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上,是没有办法真正的启动Linux操作系统的,会出现无法加载文件系统的错误。

    3 根文件系统为什么这么重要

    根文件系统之所以在前面加一个”根“,说明它是加载其它文件系统的”根“,那么如果没有这个根,其它的文件系统也就没有办法进行加载的。

    根文件系统包含系统启动时所必须的目录和关键性的文件,以及使其他文件系统得以挂载(mount)所必要的文件。例如:

    init进程的应用程序必须运行在根文件系统上;
    根文件系统提供了根目录“/”;
    linux挂载分区时所依赖的信息存放于根文件系统/etc/fstab这个文件中;
    shell命令程序必须运行在根文件系统上,譬如ls、cd等命令;
    总之:一套linux体系,只有内核本身是不能工作的,必须要rootfs(上的etc目录下的配置文件、/bin /sbin等目录下的shell命令,还有/lib目录下的库文件等···)相配合才能工作。

    Linux启动时,第一个必须挂载的是根文件系统;若系统不能从指定设备上挂载根文件系统,则系统会出错而退出启动。成功之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此,一个系统中可以同时存在不同的文件系统。在 Linux 中将一个文件系统与一个存储设备关联起来的过程称为挂载(mount)。使用 mount 命令将一个文件系统附着到当前文件系统层次结构中(根)。在执行挂装时,要提供文件系统类型、文件系统和一个挂装点。根文件系统被挂载到根目录下“/”上后,在根目录下就有根文件系统的各个目录,文件:/bin /sbin /mnt等,再将其他分区挂接到/mnt目录上,/mnt目录下就有这个分区的各个目录和文件。

    4 如何在内核中挂载根文件系统

    init/main.c->
    
     start_kernel()->vfs_caches_init(totalram_pages)>
    
       mnt_init()>
    
         /* sysfs用来记录和展示linux驱动模型,sysfs先于rootfs挂载是为全面展示linux驱动模型做好准备 */
         /* mnt_init()调用sysfs_init()注册并挂载sysfs文件系统,然后调用kobject_create_and_add()创建fs目录 */
         sysfs_init();
    
         /* init_rootfs()注册rootfs,然后调用init_mount_tree()挂载rootfs */
         init_rootfs();
    
         init_mount_tree();
    

    1、sysfs文件系统目前还没有挂载到rootfs的某个挂载点上,后续init程序会把sysfs挂载到rootfs的sys挂载点上;

    2、rootfs是基于内存的文件系统,所有操作都在内存中完成;也没有实际的存储设备,所以不需要设备驱动程序的参与。基于以上原因,linux在启动阶段使用rootfs文件系统,当磁盘驱动程序和磁盘文件系统成功加载后,linux系统会将系统根目录从rootfs切换到磁盘文件系统。

    start_kernel
      vfs_caches_init
        mnt_init
          init_rootfs注册rootfs文件系统
          init_mount_tree 挂载rootfs文件系统
            vfs_kern_mount
              mount_fs
                type->mount其实是rootfs_mount
                  mount_nodev
                    fill_super 其实是ramfs_fill_super
                      inode = 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_init
      kernel_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;

    5 根文件系统各个常用目录简介

    正常来说,根文件系统至少包括以下目录:

    /etc/:存储重要的配置文件。
    /bin/:存储常用且开机时必须用到的执行文件。
    /sbin/:存储着开机过程中所需的系统执行文件。
    /lib/:存储/bin/及/sbin/的执行文件所需的链接库,以及Linux的内核模块。
    /dev/:存储设备文件。

    五大目录必须存储在根文件系统上,缺一不可。

    6 顺便说下linux文件系统的常用目录

    Linux文件系统中一般有如下几个目录:

    /bin目录
    该目录下存放所有用户都可以使用的、基本的命令,这些命令在挂接其它文件系统之前就可以使用,所以/bin目录必须和根文件系统在同一个分区中。
    /bin目录下常用的命令有:cat,chgrp,chmod,cp,ls,sh,kill,mount,umount,mkdir,mknod,test等,我们在利用Busybox制作根文件系统时,在生成的bin目录下,可以看到一些可执行的文件,也就是可用的一些命令。

    /sbin 目录
    该目录下存放系统命令,即只有管理员能够使用的命令,系统命令还可以存放在/usr/sbin,/usr/local/sbin目录下,/sbin目录中存放的是基本的系统命令,它们用于启动系统,修复系统等,与/bin目录相似,在挂接其他文件系统之前就可以使用/sbin,所以/sbin目录必须和根文件系统在同一个分区中。
    /sbin目录下常用的命令有:shutdown,reboot,fdisk,fsck等,本地用户自己安装的系统命令放在/usr/local/sbin目录下。

    /dev目录
    该目录下存放的是设备文件,设备文件是Linux中特有的文件类型,在Linux系统下,以文件的方式访问各种设备,即通过读写某个设备文件操作某个具体硬件。比如通过”dev/ttySAC0”文件可以操作串口0,通过”/dev/mtdblock1”可以访问MTD设备的第2个分区。

    /etc目录
    该目录下存放着各种配置文件,对于PC上的Linux系统,/etc目录下的文件和目录非常多,这些目录文件是可选的,它们依赖于系统中所拥有的应用程序,依赖于这些程序是否需要配置文件。在嵌入式系统中,这些内容可以大为精减。

    /lib目录
    该目录下存放共享库和可加载(驱动程序),共享库用于启动系统。运行根文件系统中的可执行程序,比如:/bin /sbin 目录下的程序。

    /home目录
    用户目录,它是可选的,对于每个普通用户,在/home目录下都有一个以用户名命名的子目录,里面存放用户相关的配置文件。

    /root目录
    根用户的目录,与此对应,普通用户的目录是/home下的某个子目录。

    /usr目录
    /usr目录的内容可以存在另一个分区中,在系统启动后再挂接到根文件系统中的/usr目录下。里面存放的是共享、只读的程序和数据,这表明/usr目录下的内容可以在多个主机间共享,这些主要也符合FHS标准的。/usr中的文件应该是只读的,其他主机相关的,可变的文件应该保存在其他目录下,比如/var。/usr目录在嵌入式中可以精减。

    /var目录
    与/usr目录相反,/var目录中存放可变的数据,比如spool目录(mail,news),log文件,临时文件。

    /proc目录
    这是一个空目录,常作为proc文件系统的挂接点,proc文件系统是个虚拟的文件系统,它没有实际的存储设备,里面的目录,文件都是由内核临时生成的,用来表示系统的运行状态,也可以操作其中的文件控制系统。
    Linux下的/proc目录存储的是记录当前内核运行状态的一系列特殊文件,用户可以通过访问这些文件,查看系统以及当前正在运行的进程的信息,比如CPU使用情况、内存占用率等,这些文件也是top指令查看系统信息的主要数据来源。

    /mnt目录
    用于临时挂载某个文件系统的挂接点,通常是空目录,也可以在里面创建一引起空的子目录,比如/mnt/cdram /mnt/hda1 。用来临时挂载光盘、硬盘。

    /tmp目录
    用于存放临时文件,通常是空目录,一些需要生成临时文件的程序用到的/tmp目录下,所以/tmp目录必须存在并可以访问。

    参考

    • https://blog.csdn.net/LEON1741/article/details/78159754
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