根文件系统的构建与分析（一）之流程分析
根文件系统的构建与分析（一）
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此系列，我想从初学者的角度来体验怎样构建根文件系统，显然，我也是个初学者。
根文件系统第一个进程init到启动用户应用程序的过程：
qt应用程序也做了，u-boot、内核也移植了，那启动内核后，怎样才能运行qt应用程序呢？内核启动后，操作系统做了些什么？
U-Boot 目的 ――→ 启动内核
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↓
内核 目的 ――→ 启动第一个进程init（放在根文件系统上）
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↓
根文件系统
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↓
用户应用程序
在内核初始化收尾阶段（/kernel-2.6.30.4/init/main.c）流程，start_kernel → rest_init → kernel_init → init_post。
下面的代码是内核启动最后阶段执行的init_post函数：
static noinline int init_post(void)
__releases(kernel_lock)
{
/* need to finish all async __init code before freeing the memory */
async_synchronize_full();
free_initmem();
unlock_kernel();
mark_rodata_ro();
system_state = SYSTEM_RUNNING;
numa_default_policy();
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);
current->signal->flags |= SIGNAL_UNKILLABLE;
if (ramdisk_execute_command) {
run_init_process(ramdisk_execute_command);
printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",
ramdisk_execute_command);
}
/*
* We try each of these until one succeeds.
*
* The Bourne shell can be used instead of init if we are
* trying to recover a really broken machine.
*/
if (execute_command) {
run_init_process(execute_command);
printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s. Attempting "
"defaults...\n", execute_command);
}
run_init_process("/sbin/init");
run_init_process("/etc/init");
run_init_process("/bin/init");
run_init_process("/bin/sh");
panic("No init found. Try passing init= option to kernel.");
}
在启动第一个程序前，首先打开控制台设备sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)，这样init进程就拥有一个控制台，并可以从中读取输入信息在串口终端显示，也可以向其中写入信息。
在bootloader里设置传给内核的参数init=/linuxrc，execute_command就等于/linuxrc，如果定义了，就会run_init_process(execute_command);执行这个应用程序，如果没有定义这个参数，就会往下走。执行
run_init_process("/sbin/init");
run_init_process("/etc/init");
run_init_process("/bin/init");
run_init_process("/bin/sh");
中的其中一个。另外要说明的是，run_init_process();一旦执行了init或者linuxrc，就不会返回，一直执行。init这个进程是所有进程的父进程，有了它，后面才能有shell、qt等进程。
Init进程的功能：
• 它是所有其他进程的父进程。
• init进程根据文件的内容运行一系列程序和脚本文件，完成系统的各项配置，最终达到启动用户应用程序的目的。
下面我们来追随init的运行。
================================== i am a line ========================================
当我们进入根文件系统，发现有很多命令，如ls、cp、rm等，这些都是应用程序，但这些都是通过链接到busybox实现的功能。如：
/bin/ls -> busybox
/bin/cp -> busybox
/bin/rm -> busybox
就连sbin/init进程也是链接到busybox的，所以busybox是很多命令程序和工具的集合。所以要分析init怎么运行，就要分析busybox。
解压busybox源码，在/init/init.c。（这个就是编译busybox后就是被init链接的代码）
函数调用流程：
busybox -> init_main() -> parse_inittab() -> run_actions()
解析inittab文件函数parse_inittab();
在parse_inittab()函数里，首先打开/etc/inittab这个文件，接着解析inittab。inittab配置文件的格式说明和例子在busybox的源码里面有，搜索一下就能找到。
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
inittab配置文件的格式：
id：runlevel：action：process
• 其中：
–Id：用来指定所启动进程的控制台，在嵌入式系统中一般不添；
–Runlevel：busybox完全忽略runlevel字段；
–Action：指出init程序在执行相应process时，对process所采取的动作
–Process：具体的执行程序或者脚本；
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
回到源码，在parse_inittab()函数里，为inittab文件作一些添油加醋的修饰后，最终调用new_init_action()，下面进行分析。
static void parse_inittab(void)
{
#if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
char *token[4];
parser_t *parser = config_open2("/etc/inittab", fopen_for_read);
if (parser == NULL)
#endif
{
/* No inittab file -- set up some default behavior */
/* Reboot on Ctrl-Alt-Del */
new_init_action(CTRLALTDEL, "reboot", "");
/* Umount all filesystems on halt/reboot */
new_init_action(SHUTDOWN, "umount -a -r", "");
/* Swapoff on halt/reboot */
if (ENABLE_SWAPONOFF)
new_init_action(SHUTDOWN, "swapoff -a", "");
/* Prepare to restart init when a QUIT is received */
new_init_action(RESTART, "init", "");
/* Askfirst shell on tty1-4 */
new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, "");
//TODO: VC_1 instead of ""? "" is console -> ctty problems -> angry users
new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_2);
new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_3);
new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_4);
/* sysinit */
new_init_action(SYSINIT, INIT_SCRIPT, "");
return;
}
#if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
/* optional_tty:ignored_runlevel:action:command
* Delims are not to be collapsed and need exactly 4 tokens
*/
while (config_read(parser, token, 4, 0, "#:",
PARSE_NORMAL & ~(PARSE_TRIM | PARSE_COLLAPSE))) {
/* order must correspond to SYSINIT..RESTART constants */
static const char actions[] ALIGN1 =
"sysinit\0""respawn\0""askfirst\0""wait\0""once\0"
"ctrlaltdel\0""shutdown\0""restart\0";
int action;
char *tty = token[0];
if (!token[3]) /* less than 4 tokens */
goto bad_entry;
action = index_in_strings(actions, token[2]);
if (action < 0 || !token[3][0]) /* token[3]: command */
goto bad_entry;
/* turn .*TTY -> /dev/TTY */
if (tty[0]) {
if (strncmp(tty, "/dev/", 5) == 0)
tty += 5;
tty = concat_path_file("/dev/", tty);
}
new_init_action(1 << action, token[3], tty);
if (tty[0])
free(tty);
continue;
bad_entry:
message(L_LOG | L_CONSOLE, "Bad inittab entry at line %d",
parser->lineno);
}
config_close(parser);
#endif
}可以看见，如果没配置文件inittab存在，它会默认一些配置。其中抽取一个来分析，如下：
static void new_init_action(uint8_t action_type, const char *command, const char *cons)new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_2);
bb_default_login_shell -> "-/bin/sh"
VC_2 -> "/dev/tty2"
action_type对应inittab配置文件中Action字段
command对应inittab配置文件中Process字段
cons对应inittab配置文件中id字段
new_init_action函数做了这些工作：
1、创建init_action结构，并填充。
2、把这个结构放入init_action_list链表
假如我们没有配置文件inittab存在，它会默认一些配置，我们从默认的new_init_action反推出默认的配置文件inittab。
if (parser == NULL)
#endif
{
/* No inittab file -- set up some default behavior */
/* Reboot on Ctrl-Alt-Del */
new_init_action(CTRLALTDEL, "reboot", "");
/* Umount all filesystems on halt/reboot */
new_init_action(SHUTDOWN, "umount -a -r", "");
/* Swapoff on halt/reboot */
if (ENABLE_SWAPONOFF)
new_init_action(SHUTDOWN, "swapoff -a", "");
/* Prepare to restart init when a QUIT is received */
new_init_action(RESTART, "init", "");
/* Askfirst shell on tty1-4 */
new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, "");
//TODO: VC_1 instead of ""? "" is console -> ctty problems -> angry users
new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_2);
new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_3);
new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_4);
/* sysinit */
new_init_action(SYSINIT, INIT_SCRIPT, "");
return;
}根据这段代码写成inittab配置文件：
#id：runlevel：action：process
::CTRLALTDEL:reboot
::SHUTDOWN:umount -a -r
::RESTART:init
::ASKFIRST:-/bin/sh
tty2::ASKFIRST:-/bin/sh
tty3::ASKFIRST:-/bin/sh
tty4::ASKFIRST:-/bin/sh
::SYSINIT:/etc/init.d/rcS我们把这些包含执行时机、应用程序等结构体填充到init_action_list链表，这就完成了解析inittab文件函数parse_inittab()，在init_main()函数继续走下去，执行run_actions()。
/* Now run everything that needs to be run */
/* First run the sysinit command */
run_actions(SYSINIT);
/* Next run anything that wants to block */
run_actions(WAIT);
/* Next run anything to be run only once */
run_actions(ONCE);
/* Redefine SIGHUP to reread /etc/inittab */
#if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
signal(SIGHUP, reload_signal);
#else
signal(SIGHUP, SIG_IGN);
#endif
/* Now run the looping stuff for the rest of forever */
while (1) {
/* run the respawn/askfirst stuff */
run_actions(RESPAWN | ASKFIRST);
/* Don't consume all CPU time -- sleep a bit */
sleep(1);
/* Wait for any child process to exit */
wpid = wait(NULL);
while (wpid > 0) {
/* Find out who died and clean up their corpse */
for (a = init_action_list; a; a = a->next) {
if (a->pid == wpid) {
/* Set the pid to 0 so that the process gets
* restarted by run_actions() */
a->pid = 0;
message(L_LOG, "process '%s' (pid %d) exited. "
"Scheduling for restart.",
a->command, wpid);
}
}
/* see if anyone else is waiting to be reaped */
wpid = wait_any_nohang(NULL);
}
}可见，最先执行是的Action字段里的sysinit这类，接着是wait，接着是once，最后是respawn和askfirst。在run_actions函数里，它提取init_action_list链表的项来用waitfor()执行应用程序或者脚本，等执行完毕，再用delete_init_action()删除链表中的该项。
小结，根文件系统要顺利执行用户应用程序需要：
1、/dev/console /dev/null 当不设置inittab里id字段的话，标准输入、输出、错误会自动定位到/dev/null
2、/etc/inittab
3、配置文件里指定的程序或者脚本
4、/lib下的动态库
5、init本身，即busybox