第3阶段——内核启动分析之prepare_namespace()如何挂载根文件系统和mtd分区介绍(6)

内核启动并初始化后,最终目的是像Windows一样能启动应用程序,在windows中每个应用程序都存在C盘、D盘等,而linux中每个应用程序是存放在根文件系统里面,那么挂载根文件系统在哪里,怎么实现最终目的运行应用程序?

1.内核运行应用程序步骤:

1.1首先是进入stext函数启动内核:

ENTRY(stext):         

... ...                           //启动内核

b start_kernel                    //跳转start_kernel()

1.2然后进入strat_kernel()初始化:

asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
   ...
   setup_arch(&command_line);           //解析uboot传入的启动参数
   setup_command_line(command_line);    //解析uboot传入的启动参数
   ....
   /*查找内核参数*/
   parse_early_param()
   {
     do_early_param();              //从__setup_start到__setup_end查找early非0的函数,后面会分析
   } 
   /*查找内核参数*/
   unknown_bootoption()                 
   {
     obsolete_checksetup();      //从__setup_start到__setup_end查找early为0的函数,后面会分析
   }
   ...
   rest_init();                                //进入rest_init()
}

1.3.进入rest_init()启动init进程

static void noinline __init_refok rest_init(void)
{
   kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);  //启动init进程,然后进入kernel_init中启动应用程序
   ... ...

}

1.4进入kernel_init  

static int __init kernel_init(void * unused)                             
{
   ... ...
   prepare_namespace()              //进入prepare_namespace函数,挂载系统
   {
       ... ...      / /通过解析出来的命令行参数” root=/dev/mtdblock3”来挂接根文件系统 mount_root();   //开始挂载
   } 
  init_post()                               //进入init_post() 函数,运行应用程序
  {
      /*   打开dev/console,并提供输入、输出、错误提示    */
      if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)   
      printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");
       (void) sys_dup(0);
       (void) sys_dup(0);         ... ...     
       run_init_process("/sbin/init");        //执行应用程序
       run_init_process("/etc/init");         //执行应用程序
       run_init_process("/bin/init");        //执行应用程序
       run_init_process("/bin/sh");         //执行应用程序
}

接下来我们就开始详细分析prepare_namespace()如何挂载文件系统 

4 首先分析1.3节的prepare_namespace()函数中怎么挂接的文件系统”root=/dev/mtdblock3”

prepare_namespace()代码如下    (mtdblock3:mtd分区3(kernel分区))

 void __init prepare_namespace(void){
 ... ...
if (saved_root_name[0]) //判断saved_root_name[0]数组是否为空
{
root_device_name = saved_root_name;       
if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3)) {     //比较root_device_name数组是否已mtd开头?
  mount_block_root(root_device_name, root_mountflags);
  goto out; }                              //是mtd,则跳转到out,直接挂载
   
ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);
if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0) //比较是不是已/dev/开头
root_device_name += 5;                 //是的话,+5找到mtd开头
}

is_floppy = MAJOR(ROOT_DEV) == FLOPPY_MAJOR;
if (initrd_load())
goto out;
if (is_floppy && rd_doload && rd_load_disk(0))
ROOT_DEV = Root_RAM0;
mount_root();       //将实际文件系统挂载到rootfs的/root目录
 
out:
       sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);
       sys_chroot(".");
       security_sb_post_mountroot();
}

从上面代码得出,saved_root_name数组通过名字可以得出,是用来保存root文件系统的名字” /dev/mtdblock3”.

5 bootags参数又是怎么保存到数组的呢?,通过搜索”saved_root_name”,找到如下代码:

static int __init root_dev_setup(char *line)
{
    strlcpy(saved_root_name, line, sizeof(saved_root_name));        //复制saved_root_name数组
    return 1;
}
__setup("root=", root_dev_setup);

其中root_dev_setup()函数是用来将line数组中的数据统统复制到saved_root_name数组中

__setup("root=", root_dev_setup);中有”root=”,猜测下,这个估计就是用来匹配命令行中以”root=”开头的字符串,然后再将” root=/dev/mtdblock3”中的”/dev/mtdblock3”放在saved_root_name数组中

6.接下来分析上面的__setup("root=", root_dev_setup)宏定义

我们搜索__setup宏,找到它在include/linux/init.h中定义:

#define __setup_param(str, unique_id, fn, early)          \    //定义__setup_param(str, unique_id, fn, early)
/*定义字符串数组__setup_str_##unique_id[]=str; \表示还在define中     */
static char __setup_str_##unique_id[] __initdata = str;    \      //相当于: __setup_str_ root_dev_setup[]="root="   
/*定义结构体obs_kernel_param型__setup_##unique_id*/
static struct  obs_kernel_param  __setup_##unique_id\             
               __attribute_used__                                   \
                   __attribute__((__section__(".init.setup")))        \    //设置.init.setup段
                   __attribute__((aligned((sizeof(long)))))    \
                   = { __setup_str_##unique_id, fn, early }   //将"root=",root_dev_setup,0 放在 .init.setup段中

 

#define __setup(str, fn)                   \        //定义__setup(str, fn)使用__setup_param(str, fn, fn, 0)
          __setup_param(str, fn, fn, 0)

 最终__setup("root=", root_dev_setup)宏= { __setup_str_ root_dev_setup[], root_dev_setup , 0 };

在.init.setup段中存放了3个成员,第一个成员是字符串数组等于”root=”,第二个成员是一个函数,第三个成员early=0;

其中.init.setup段在vmlinux.lds中使用(.init.setup段用于存放特殊的内容,比如命令行参数).

vmlinux.lds部分代码如下:

311   . = ALIGN(16);
312   __setup_start = .;
313    *(.init.setup)                 //存放.init.setup段
314   __setup_end = .;

7.接下来分析宏__setup("root=", root_dev_setup);又是怎么被调用的

由于通过宏”__setup("root=", root_dev_setup);”最终被存在了.init.setup段里,

所以首先搜索”__setup_start”,发现在init/main.c中do_early_param函数和obsolete_checksetup函数都使用了它

7.1先来分析do_early_param函数,首先我们看看它被谁调用

搜索do_early_param,发现它被parse_early_param()函数调用,如下图:

然后搜索parse_early_param(),发现它在start_kernel函数中使用,如下图:

得出:在内核启动start_kernel()中会处理这个do_early_param函数.

7.1.1接下来分析do_early_param源码:

static int __init do_early_param(char *param, char *val)
{
struct obs_kernel_param  *p;                //定义obs_kernel_param结构体指针*p
for (p = __setup_start; p < __setup_end; p++)   //查找.init.setup段的内容
{if (p->early && strcmp(param, p->str) == 0) {  
       if (p->setup_func(val) != 0)                //处理early非0的函数
           printk(KERN_WARNING
           "Malformed early option '%s'\n", param); 
}}
}

上面obs_kernel_param的结构体定义如下,刚好对应了

struct obs_kernel_param {
         const char *str;                //__setup_str_ root_dev_setup[]=”root=”
         int (*setup_func)(char *);        // root_dev_setup(char *line)
         int early;                     // early=0
};

__setup("root=", root_dev_setup)宏= { __setup_str_ root_dev_setup[], root_dev_setup , 0 }中的3个成员。

由于__setup("root=", root_dev_setup)的early=0,所以if (p->early && strcmp(param, p->str) == 0)永远不成立.

所以在内核启动strat_kernel()函数中会通过do_early_param函数是处理early不为0的函数。

7.2然后分析obsolete_checksetup函数,首先我们看看它被谁调用

搜索obsolete_checksetup,发现它被unknown_bootoption ()函数调用:

然后搜索unknown_bootoption (),发现它在start_kernel函数中使用, 如下图:

得出:在内核启动start_kernel()中会处理这个do_early_param函数.

7.2.1接下来分析obsolete_checksetup源码:

static int __init obsolete_checksetup(char *line)
{
struct obs_kernel_param *p;         //定义obs_kernel_param型结构体指针
int had_early_param = 0;
  p = __setup_start;
do {
         int n = strlen(p->str);
         if (!strncmp(line, p->str, n))            //确定是否有内容
        {
         if (p->early) {                          //early非0,则不执行函数         
                   if (line[n] == '\0' || line[n] == '=')
                   had_early_param = 1;
                            }
          else if (!p->setup_func) {                //  处理early为0的函数,
                                     printk(KERN_WARNING "Parameter %s is obsolete,"
                                            " ignored\n", p->str);
                                        return 1; }

           else if (p->setup_func(line + n))             //处理early为0的函数
                                     return 1;
         }
                  p++;
   } while (p < __setup_end);        //从__setup_start到__setup_end查找
         return had_early_param;
}

通过上面代码分析得出:

 __setup("root=", root_dev_setup)宏= { __setup_str_ root_dev_setup[], root_dev_setup , 0 }中的第三个成员early=0, 会执行root_dev_setup()函数,然后将文件系统目录拷贝到全局变量saved_root_name[]数组中,使后面的函数来挂载文件系统.

所以在内核启动strat_kernel()函数中会通过obsolete_checksetup函数处理early为0的函数。

8 root=/dev/mtdblock3 分析:

在flash中没有分区表,在内核中,mtdblock3又在哪里体现出来的?

和uboot一样,它也是在内核代码中已经写好了的,

在内核中可以通过启动内核,从串口上可以看到分区表,如下图:

从上面得出,在flash中定义了4大分区: bootloader :存放u-boot  boot parameters :存放一些可以设置的参数,供u-boot使用 kernel :存放内核区 root filesystem  :根文件系统,挂载(mount)后才能使用文件系统中的应用程序

8.1它们又是在内核代码中哪里体现出来的呢?

1. 在linux-2.6.22.6目录下通过 grep "\"bootloader\"" * -nR 搜索分区代码,如下图

由于使用的是ARM架构,CPU2440,所以找到上面红线处的行, 才是我们需要的。

然后进入arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c中,找到120行,代码如下:

static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = {
 [0] = {                                      // mtdblock0
     .name   = "bootloader",
     .size   = 0x00040000,
     .offset         = 0,
         },

[1] = {                                      // mtdblock1
     .name   = "params",
     .offset = MTDPART_OFS_APPEND,  //表示紧跟着前面的地址后面,为偏移地址,= 0x00040000
     .size   = 0x00020000,
         },

[2] = {                                     // mtdblock2
     .name   = "kernel",
     .offset = MTDPART_OFS_APPEND, //表示紧跟着前面的地址后面,为偏移地址,= 0x00060000
     .size   = 0x00200000,
         },

[3] = {                                     // mtdblock3
     .name   = "root",
     .offset = MTDPART_OFS_APPEND, //表示紧跟着前面的地址后面,为偏移地址,= 0x00260000
     .size   = MTDPART_SIZ_FULL,
         }

};

 接下来开始分析init_post()如何启动第1个程序 

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