linux启动--文件系统初始化

Linux启动--vfs相关初始化
内核在启动时对文件系统的初始化，主要完成的工作是为vfs中各种数据结构申请缓存，初始化散列表，并加载rootfs作为当前进程的根文件系统。

1、start_kernel( )中与文件系统相关的初始化
start_kernel( )
{
...
vfs_caches_init_early(); //fs/dcache.c完成dentry，inode散列表的初始化。

....
vfs_caches_init(); //fs/dcache.c
....
proc_root_init();
nsfs_init();
...
}
本节对上面函数逐一进行分析。

2、vfs_caches_init_early( )
// fs/dcache.c
void __init vfs_caches_init_early(void)
{
dcache_init_early();
inode_init_early();
}
dcache_init_early()在fs/dcache.c中主要完成目录结构dentry的散列表初始化。

inode_init_early()在fs/inode.c中主要完成inode结构散列表的初始化。

3 、vfs_caches_init( )
此函数在fs/dcache.c是文件系统初始化的主要函数。

void __init vfs_caches_init(void)
{
names_cachep = kmem_cache_create("names_cache", P ATH_MAX, 0,
SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_P ANIC, NULL);
dcache_init(); //fs/dcache.c
inode_init(); //fs/inode.c
files_init(); //fs/file_table.c
files_maxfiles_init(); //fs/file_table.c
mnt_init(); // fs/namespace.c
bdev_cache_init();
chrdev_init();
}
3.1、vfs_caches_init( ) →dcache_init()
dcache_init()在fs/dcache.c中，主要完成dentry结构缓存的申请和初始化。

3.2、vfs_caches_init( ) → inode_init()
inode_init()在fs/inode.c中主要完成inode结构缓存的申请和初始化。

3.3、vfs_caches_init( ) → files_init()
files_init()在fs/file_table.c中主要也是完成file结构缓存的申请和初始化。

3.4 vfs_caches_init( ) → files_maxfiles_init()
files_maxfiles_init()也在fs/file_table.c中，设置打开最大文件数。

以上几个函数都比较简短，功能也比较简单，基本上就是完成vfs中用到的inode，dentry，file等结构体内存缓存的申请和散列表的初始化。

3.3、vfs_caches_init( ) → mnt_init( ): // fs/namespace.c
mnt_init()是与vfs相关初始化的主要函数，位于fs/namespace.c中：
void __init mnt_init(void)
{
...
kernfs_init(); //fs/kernfs/inode.c
...
err = sysfs_init(); //fs/sysfs/mount.c注册并挂载sysfs。

...
init_rootfs(); //init/do_mount.c
init_mount_tree(); //fs/namespace.c
}
此函数完成，mount结构及散列表的初始化，内核文件系统及sys文件系统初始化。

这里我们先关注最后两个函数。

init_rootfs()完成ramfs文件在内核的注册，由于内核启动前期无法访问外部块设备内的文件系统，所以启动时期必须先加载内存文件系统ramfs或叫rootfs。

加载它的目的是用于系统初始化和加载块设备驱动程序，以便在启动后期加载块设备上的文件系统。

重点来看init_mount_tree(void)，位于fs/namespace.c：
static void __init init_mount_tree(void)
{
struct path root;
...
type = get_fs_type("rootfs");
...
mnt = vfs_kern_mount(type, 0, "rootfs", NULL); /*在本文件内*/
root.mnt = mnt;
root.dentry = mnt->mnt_root;
mnt->mnt_flags |= MNT_LOCKED;
set_fs_pwd(current->fs, &root); //设置当前进程的当前目录。

set_fs_root(current->fs, &root); //设置当前进程的根目录，即加载当前目录为根目录。

}
浏览源代码可看出，此函数的任务就是加载rootfs文件系统，并将当前进程的当前目录和根目录设为rootfs的挂载点。

rootfs也就是ramfs，由于它是存在于内存中的文件系统，所以内核在加载时就得将文件系统一并加载。

如果配置时启用了initramfs，则需在构建前将该文件系统的内容设置好，在配置时一并将路径加入配置选项中，内核在构建时就会将文件系统的内容压缩链接入内核中的一个段中，在内核启动时再解压释放到内存中，从而就可以访问文件系统内了。

解压函数在init/initramfs.c中：
static int __init populate_rootfs(void)
{
char *err = unpack_to_rootfs(__initramfs_start, __initramfs_size);
....
}
rootfs_initcall(populate_rootfs);
由最后一个宏定义可知，此函数会在启动时期调用。

关于根文件系统的加载和制作在下一篇文章中再做介绍。

4、vfs_caches_init( ) →bdev_cache_init()
此函数位于fs/block_dev.c：
void __init bdev_cache_init(void)
{
int err;
static struct vfsmount *bd_mnt;
bdev_cachep = kmem_cache_create("bdev_cache", sizeof(struct bdev_inode),
0, (SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_RECLAIM_ACCOUNT|
SLAB_MEM_SPREAD|SLAB_P ANIC),
init_once);
err = register_filesystem(&bd_type);
if (err)
panic("Cannot register bdev pseudo-fs");
bd_mnt = kern_mount(&bd_type);
if (IS_ERR(bd_mnt))
panic("Cannot create bdev pseudo-fs");
blockdev_superblock = bd_mnt->mnt_sb; /* For writeback */
}
此函数完成bdev_inode结构的缓存，它由一个block_device结构和一个inode结构组成，完成bdev文件系统的注册和挂载。

内核中用bdev文件系统管理设备索引节点，并在/dev中显示。

5、vfs_caches_init( ) → chrdev_init()
此函数位于fs/char_dev.c，字符设备的管理比较简单，只有一个散列表管理，散列表中成员有指针指向cdev结构体。

此函数主要完成散列表的初始化。

散列表以主设备号为索引。