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Linux Kernel 系列二:使用者空間的初始化

轉自: http://blog.csdn.net/innost/article/details/6706986 上篇我們知道,kernel初始化後将啟動init程序,那麼這個程序将幹些什麼呢?除此之外,kernel還需要做些什麼事情呢?(想想檔案系統、根儲存設備是在什麼時候初始化的呢?) 先從檔案系統初始化說起。以前一直不明白,有了kernel為何還需要一個檔案系統?經過反複琢磨,明白一個道理,kernel加載到記憶體後,kernel運作起來是沒有問題的,但是如果沒有Root FS,就好像PC上沒有硬碟.....。另外,Linux中很多虛拟檔案系統(proc,sys,dev等)都是挂靠在RootFS中的,是以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 根檔案系統 1 FHS:File system Hierachy Standard:Linux上檔案系統布局的标準,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,自然就了解了。 2 常用的檔案夾布局:其實就是ES上普遍的檔案目錄:

  • bin;dev;etc;home;lib;sbin;tmp;usr;var;

二 Post Boot 這裡講的是execve init之前的事情,因為源碼中:

  • run_init_process("/usr/bin/init"):這個時候已經有FS的布局了,也就是init程式本身必須放在一個FS中。

三 init init程序很重要,不過android上的init程序的工作流程比較簡單。這裡介紹非Android上的init。一般它讀取的配置檔案是/etc/inittab中(ubuntu上似乎沒有這個檔案了,以後得找個FCore的系統看看)。 另外,這裡還有一個叫run level的概念。見圖1.

Linux Kernel 系列二:使用者空間的初始化

圖1 run level

Run level說白了就是将系統運作狀态分成幾個級别,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。 這裡關于Init的東西就不介紹了,很多關于linux系統配置的知識都有涉及。(确實比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支援将前面的initrd和vmlinux打包到一個image中。實際上隻有ARM架構支援。(核心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啟動的時候,或者bootloader下載下傳到某個地方
  • bootloader把initrd的位址告訴核心。核心啟動時候把這個image解壓并挂載
  • 另外一種辦法,編譯的時候将initrd和kernel放到一個image中,這種方法隻有ARM架構支援。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

(這裡有很多細節問題,以後我們分析源碼再來搞懂它) BL啟動核心的時候,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位址,将這個image拷貝到記憶體中,然後解壓,并挂載為/
  • 找到這個disk中的linuxrc檔案,然後執行裡邊的語句《====這給了我們定制化自己ES的好計劃
  • 處理完linuxrc後,KL unmount這個initrd,并加載真正的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。 )這裡的處理稍有差異。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,并且也不會umount initrd。也就是這個initrd就是最終的根檔案系統了。

那麼如何制作這個Initrd呢? 其實就是一個gzip打包的檔案夾.... (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預設支援這個initramfs,是以編譯的時候,會整一個default的initramfs放到核心中。initramfs是一個cpio的打封包件。我特意查了下cpio的info。一般用法就是:讀取一個目錄下所有檔案的資訊及其所有檔案的内容(可能是直接read資料到一個buffer中),然後把這些資訊寫到一個檔案中。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,恢複原來目錄中的内容了。 前面說,LK編譯的時候預設會有一個簡單的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解包并挂載 (具體内容,參考ramfs-rootfs-initramfs.txt) 如何制作自己的initramfs呢?

  • 搞一個檔案夾吧,可仿照PC機器上linux的檔案結構。也可以把busybox放上去。
  • find testramfs -depth -print | cpio -ov > testramfs.cpio  cpio的輸入是檔案名,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檔案夾中的内容了。

cpio:-o表示output,-v表示列印一些verbose資訊,-i表示input,-d表示建立整個檔案夾結構。沒有-d的話,會出問題。 不過有了kernel編譯的支援,我們不用自己調用cpio了,在編譯選項中有一個INITRAMFS_SOURCE,把它指向目标檔案夾,編譯的時候自然會生成這個initramfs了。 參考文獻:

Linux Kernel 系列二:使用者空間的初始化

這些參考文獻中,最重要的是最後一個,ols2k-9.ps,下載下傳并處理後得到一個pdf,實際上一篇論文。主要介紹了 Linux啟動的一些問題。 再三解釋一下,為什麼需要init ram disk。FS一般安裝在存儲媒體上,而讀取這些存儲媒體需要驅動。核心啟動的時候如果把這些驅動都加載的話,會非常麻煩,即使你把驅動靜态編譯到核心中,也不是一個完美的解決辦法。是以。先整一個簡單的,基于記憶體的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挂載上來。這裡要明白一點,沒有一個FS的話,LK是沒法正常工作的。   五 U-Boot 全名為Das U-Boot,是一個使用非常廣泛的Bootloader。以後會專門撰文介紹UB。這裡簡單說兩個點:

  • UB的代碼結構,先從CPU的start.S開始,這裡會根據不同的CPU進行初始化,大部分代碼都不需要我們修改
  • 再是Board的啟動,這個和具體的闆子有關。現在改名叫lowlevel_init.S了。

(最難的部分在于各個裝置的初始化了,需要結合開發闆的datasheet來做) 這裡列出以下參考書:

Linux Kernel 系列二:使用者空間的初始化

其中,關于SDRAM.pdf,網址已經移到了:http://www.maxwell.com/products/microelectronics/docs/INTRO_TO_SDRAM.PDF 各位看官可以下載下傳看看。