Linux Kernel 2：用户空间的初始化

上篇我们知道，kernel初始化后将启动init进程，那么这个进程将干些什么呢？除此之外，kernel还需要做些什么事情呢？（想想文件系统、根存储设备是在什么时候初始化的呢？）

先从文件系统初始化说起。以前一直不明白，有了kernel为何还需要一个文件系统？经过反复琢磨，明白一个道理，kernel加载到内存后，kernel运行起来是没有问题的，但是如果没有Root FS，就好像PC上没有硬盘.....。另外，Linux中很多虚拟文件系统(proc,sys,dev等)都是挂靠在RootFS中的，所以RootFS在Linux中更加关键（必要条件简直就是）。（kernel中的FS是另外一个庞大的部分）

一 根文件系统

1 FHS：File system Hierachy Standard：Linux上文件系统布局的标准，例如 usr目录大概是干吗的，tmp目录大概是干嘛的。有空可以瞧瞧....其实使用LINUX OS多了，自然就理解了。

2 常用的文件夹布局：其实就是ES上普遍的文件目录：

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

二 Post Boot

这里讲的是execve init之前的事情，因为源码中：

• run_init_process("/usr/bin/init")：这个时候已经有FS的布局了，也就是init程序本身必须放在一个FS中。

三 init

init进程很重要，不过android上的init进程的工作流程比较简单。这里介绍非Android上的init。一般它读取的配置文件是/etc/inittab中（ubuntu上似乎没有这个文件了，以后得找个FCore的系统看看）。

另外，这里还有一个叫run level的概念。见图1.

图1 run level

Run level说白了就是将系统运行状态分成几个级别，例如shutdown的时候init需要执行一些操作，reboot的时候需要执行一些操作。

这里关于Init的东西就不介绍了，很多关于linux系统配置的知识都有涉及。（确实比android的init要复杂多了）

四 Initial RAM Disk

LK在早期初始化的过程中，需要mount一个FS，目前有新旧两种方法：

• old方法就是使用initial ram disk，也叫initrd
• new方法就是使用iniramfs

这两个东西非常常见，咱们要好好研究下。

4.1 initrd

这个功能需要配置kernel的编译选项。
ARM支持将前面的initrd和vmlinux打包到一个image中。实际上只有ARM架构支持。（内核编译的时候要选择这一项）。讲了这么多，那么到底怎么用呢？

• initrd也是一个image。由bootloader启动的时候，或者bootloader下载到某个地方
• bootloader把initrd的地址告诉内核。内核启动时候把这个image解压并挂载
• 另外一种办法，编译的时候将initrd和kernel放到一个image中，这种方法只有ARM架构支持。使用这种办法话，建议用initramfs。注意，android中使用的就是一个kernel+initramfs的单一image。也就是第二种办法

（这里有很多细节问题，以后我们分析源码再来搞懂它）

BL启动内核的时候，需要给LK传递参数，即告诉LK这个initrd在什么位置...很简单不是？

KL如何使用这个initrd呢？

• KL先根据参数指定的initrd地址，将这个image拷贝到内存中，然后解压，并挂载为/
• 找到这个disk中的linuxrc文件，然后执行里边的语句《====这给了我们定制化自己ES的好计划
• 处理完linuxrc后，KL unmount这个initrd，并加载真正的root device（看到没，这个initrd就是做些初始化的工作，但是你也可以不umount这个initrd。）这里的处理稍有差异。如果BL在参数中指明root=/dev/ram0,（代码中可见到这些语句），那么KL就不会执行linuxrc，并且也不会umount initrd。也就是这个initrd就是最终的根文件系统了。

那么如何制作这个Initrd呢？

其实就是一个gzip打包的文件夹....

（这部分代码在do_mounts.c中的prepare_namespace函数中）

4.2 initramfs

(详细说明：参考kernel/documentations/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt)

kernel默认支持这个initramfs，所以编译的时候，会整一个default的initramfs放到内核中。initramfs是一个cpio的打包文件。我特意查了下cpio的info。一般用法就是：读取一个目录下所有文件的信息及其所有文件的内容（可能是直接read数据到一个buffer中），然后把这些信息写到一个文件中。说白了，可能就是一个序列化的工具。然后LK用同样的方法就可以反序列化，恢复原来目录中的内容了。

前面说，LK编译的时候默认会有一个简单的initramfs目录结构。这个结构由kernel/scripts/gen_initramfs_list.sh脚本生成。这个脚本很简单：

---

dir /dev 0755 0 0

nod /dev/console/ 0600 0 0 c 5 1

dir /root 0700 0 0

---

执行的时候，前面加上mk...就生成一个目录了，然后用cpio打包，生成iniramfs，最后由LK解包并挂载

（具体内容，参考ramfs-rootfs-initramfs.txt）

如何制作自己的initramfs呢？

• 搞一个文件夹吧，可仿照PC机器上linux的文件结构。也可以把busybox放上去。
• findtestramfs -depth -print | cpio -ov > testramfs.cpio cpio的输入是文件名，输出通过>定向到testramfs.cpio。大家可以试试。
• 解压的话，cpio -ivd < testramfs.cpio。这样就能还原testramfs文件夹中的内容了。

cpio：-o表示output，-v表示打印一些verbose信息，-i表示input，-d表示建立整个文件夹结构。没有-d的话，会出问题。

不过有了kernel编译的支持，我们不用自己调用cpio了，在编译选项中有一个INITRAMFS_SOURCE，把它指向目标文件夹，编译的时候自然会生成这个initramfs了。

参考文献：

这些参考文献中，最重要的是最后一个，ols2k-9.ps，下载并处理后得到一个pdf，实际上一篇论文。主要介绍了

Linux启动的一些问题。

再三解释一下，为什么需要init ram disk。FS一般安装在存储介质上，而读取这些存储介质需要驱动。内核启动的时候如果把这些驱动都加载的话，会非常麻烦，即使你把驱动静态编译到内核中，也不是一个完美的解决办法。所以。先整一个简单的，基于内存的FS，这样初始化工作都可以顺利进行。最后，等驱动都加载完后，再把实际存储上的FS挂载上来。这里要明白一点，没有一个FS的话，LK是没法正常工作的。

五 U-Boot

全名为Das U-Boot，是一个使用非常广泛的Bootloader。以后会专门撰文介绍UB。这里简单说两个点：

• UB的代码结构，先从CPU的start.S开始，这里会根据不同的CPU进行初始化，大部分代码都不需要我们修改
• 再是Board的启动，这个和具体的板子有关。现在改名叫lowlevel_init.S了。

（最难的部分在于各个设备的初始化了，需要结合开发板的datasheet来做）

这里列出以下参考书：

其中，关于SDRAM.pdf，网址已经移到了：http://www.maxwell.com/products/microelectronics/docs/INTRO_TO_SDRAM.PDF

各位看官可以下载看看。