淺談linux中的根文件系統(tǒng)（rootfs的原理和介紹）

linux中有一個(gè)讓很多初學(xué)者都不是特別清楚的概念酌心，叫做“根文件系統(tǒng)”。我接觸linux前前后后也好幾年了逸绎，但是對這個(gè)問題，至今也不是特別的清楚，至少?zèng)]法給出一個(gè)很全面很到位的解釋稽亏。于是，今天我們就來理一理這個(gè)話題讲弄。

一措左、先交代一下文件系統(tǒng)

在開始討論根文件系統(tǒng)這個(gè)話題之前，我們必首先交代一下文件系統(tǒng)這個(gè)概念避除。畢竟怎披，根文件系統(tǒng)只是文件系統(tǒng)中的一種比較特殊的形式而已。根據(jù)偉大的百度百科：

文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確存儲(chǔ)設(shè)備（常見的是磁盤瓶摆，也有基于NAND Flash的固態(tài)硬盤）或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)凉逛；即在存儲(chǔ)設(shè)備上組織文件的方法。操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)文件信息的軟件機(jī)構(gòu)稱為文件管理系統(tǒng)群井，簡稱文件系統(tǒng)状飞。文件系統(tǒng)由三部分組成：文件系統(tǒng)的接口，對對象操作和管理的軟件集合书斜，對象及屬性诬辈。從系統(tǒng)角度來看，文件系統(tǒng)是對文件存儲(chǔ)設(shè)備的空間進(jìn)行組織和分配荐吉，負(fù)責(zé)文件存儲(chǔ)并對存入的文件進(jìn)行保護(hù)和檢索的系統(tǒng)焙糟。具體地說，它負(fù)責(zé)為用戶建立文件样屠，存入穿撮、讀出、修改痪欲、轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件悦穿，控制文件的存取，當(dāng)用戶不再使用時(shí)撤銷文件等业踢。

文件系統(tǒng)的重要性栗柒，我想大家都很清楚，不用多說了知举。這里有一句話傍衡，我覺得非常精辟而且到位的點(diǎn)出了文件系統(tǒng)在linux中的重要性：

盡管內(nèi)核是linux的核心深员，但文件卻是用戶與操作系統(tǒng)交互所采用的主要工具。這對linux來說尤其如此蛙埂，這是因?yàn)樵赨NIX傳統(tǒng)中倦畅，它使用文件I/O機(jī)制管理硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)文件。

二绣的、什么是根文件系統(tǒng)

然后來解釋一下“根文件系統(tǒng)”這個(gè)名詞的基本概念叠赐。同樣引自百度百科的解釋：

根文件系統(tǒng)首先是內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)所mount的第一個(gè)文件系統(tǒng)，內(nèi)核代碼映像文件保存在根文件系統(tǒng)中屡江，而系統(tǒng)引導(dǎo)啟動(dòng)程序會(huì)在根文件系統(tǒng)掛載之后從中把一些基本的初始化腳本和服務(wù)等加載到內(nèi)存中去運(yùn)行芭概。

展開來細(xì)說就是，根文件系統(tǒng)首先是一種文件系統(tǒng)惩嘉，該文件系統(tǒng)不僅具有普通文件系統(tǒng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件的功能罢洲，但是相對于普通的文件系統(tǒng)，它的特殊之處在于文黎，它是內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)所掛載（mount）的第一個(gè)文件系統(tǒng)惹苗，內(nèi)核代碼的映像文件保存在根文件系統(tǒng)中，系統(tǒng)引導(dǎo)啟動(dòng)程序會(huì)在根文件系統(tǒng)掛載之后從中把一些初始化腳本（如rcS,inittab）和服務(wù)加載到內(nèi)存中去運(yùn)行耸峭。我們要明白文件系統(tǒng)和內(nèi)核是完全獨(dú)立的兩個(gè)部分桩蓉。在嵌入式中移植的內(nèi)核下載到開發(fā)板上，是沒有辦法真正的啟動(dòng)Linux操作系統(tǒng)的劳闹，會(huì)出現(xiàn)無法加載文件系統(tǒng)的錯(cuò)誤院究。

三、根文件系統(tǒng)為什么這么重要

根文件系統(tǒng)之所以在前面加一個(gè)”根“本涕，說明它是加載其它文件系統(tǒng)的”根“业汰，那么如果沒有這個(gè)根，其它的文件系統(tǒng)也就沒有辦法進(jìn)行加載的菩颖。

根文件系統(tǒng)包含系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)所必須的目錄和關(guān)鍵性的文件样漆，以及使其他文件系統(tǒng)得以掛載（mount）所必要的文件。例如：

1. init進(jìn)程的應(yīng)用程序必須運(yùn)行在根文件系統(tǒng)上位他；
2. 根文件系統(tǒng)提供了根目錄“/”；
3. linux掛載分區(qū)時(shí)所依賴的信息存放于根文件系統(tǒng)/etc/fstab這個(gè)文件中产场；
4. shell命令程序必須運(yùn)行在根文件系統(tǒng)上鹅髓，譬如ls、cd等命令京景；

總之：一套linux體系窿冯，只有內(nèi)核本身是不能工作的，必須要rootfs（上的etc目錄下的配置文件确徙、/bin /sbin等目錄下的shell命令醒串，還有/lib目錄下的庫文件等···）相配合才能工作执桌。

Linux啟動(dòng)時(shí)，第一個(gè)必須掛載的是根文件系統(tǒng)芜赌；若系統(tǒng)不能從指定設(shè)備上掛載根文件系統(tǒng)仰挣，則系統(tǒng)會(huì)出錯(cuò)而退出啟動(dòng)。成功之后可以自動(dòng)或手動(dòng)掛載其他的文件系統(tǒng)缠沈。因此膘壶，一個(gè)系統(tǒng)中可以同時(shí)存在不同的文件系統(tǒng)。在 Linux 中將一個(gè)文件系統(tǒng)與一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備關(guān)聯(lián)起來的過程稱為掛載（mount）洲愤。使用 mount 命令將一個(gè)文件系統(tǒng)附著到當(dāng)前文件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中（根）颓芭。在執(zhí)行掛裝時(shí)，要提供文件系統(tǒng)類型柬赐、文件系統(tǒng)和一個(gè)掛裝點(diǎn)亡问。根文件系統(tǒng)被掛載到根目錄下“/”上后，在根目錄下就有根文件系統(tǒng)的各個(gè)目錄肛宋，文件：/bin /sbin /mnt等州藕，再將其他分區(qū)掛接到/mnt目錄上，/mnt目錄下就有這個(gè)分區(qū)的各個(gè)目錄和文件悼吱。

四慎框、如何在內(nèi)核中掛載根文件系統(tǒng)

init/main.c->

start_kernel()->vfs_caches_init(totalram_pages)–>

mnt_init()–>

/* sysfs用來記錄和展示linux驅(qū)動(dòng)模型，sysfs先于rootfs掛載是為全面展示linux驅(qū)動(dòng)模型做好準(zhǔn)備 /
　　　　　/ mnt_init()調(diào)用sysfs_init()注冊并掛載sysfs文件系統(tǒng)后添，然后調(diào)用kobject_create_and_add()創(chuàng)建fs目錄 */
　　　　　sysfs_init();

/* init_rootfs()注冊rootfs笨枯，然后調(diào)用init_mount_tree()掛載rootfs */
　　　　　init_rootfs();

init_mount_tree();

1、sysfs文件系統(tǒng)目前還沒有掛載到rootfs的某個(gè)掛載點(diǎn)上遇西，后續(xù)init程序會(huì)把sysfs掛載到rootfs的sys掛載點(diǎn)上馅精；

2、rootfs是基于內(nèi)存的文件系統(tǒng)粱檀，所有操作都在內(nèi)存中完成洲敢；也沒有實(shí)際的存儲(chǔ)設(shè)備，所以不需要設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的參與茄蚯⊙古恚基于以上原因，linux在啟動(dòng)階段使用rootfs文件系統(tǒng)渗常，當(dāng)磁盤驅(qū)動(dòng)程序和磁盤文件系統(tǒng)成功加載后壮不，linux系統(tǒng)會(huì)將系統(tǒng)根目錄從rootfs切換到磁盤文件系統(tǒng)。

start_kernel
　　vfs_caches_init
　　　　mnt_init
　　　　　　init_rootfs注冊rootfs文件系統(tǒng)
　　　　　　init_mount_tree 掛載rootfs文件系統(tǒng)
　　　　　　　　vfs_kern_mount
　　　　　　　　　　mount_fs
　　　　　　　　　　　　type->mount其實(shí)是rootfs_mount
　　　　　　　　　　　　　　mount_nodev
　　　　　　　　　　　　　　　　fill_super 其實(shí)是ramfs_fill_super
　　　　　　　　　　　　　　　　　　inode = ramfs_get_inode(sb, NULL, S_IFDIR | fsi->mount_opts.mode, 0);
　　　　　　　　　　　　　　　　　　sb->s_root = d_make_root(inode);
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　static const struct qstr name = QSTR_INIT(“/”, 1);[1]
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　__d_alloc(root_inode->i_sb, &name);
　　　　　　　　　　…
　　　　　　　　　　mnt->mnt.mnt_root = root;[2]
　　　　　　　　　　mnt->mnt.mnt_sb = root->d_sb;[3]
　　　　　　　　　　mnt->mnt_mountpoint = mnt->mnt.mnt_root;[4]
　　　　　　　　　　mnt->mnt_parent = mnt;[5*]
root.mnt = mnt;
　　　　　　　　root.dentry = mnt->mnt_root;
　　　　　　　　mnt->mnt_flags |= MNT_LOCKED;
　　　　　　　　set_fs_pwd(current->fs, &root);
　　　　　　　　set_fs_root(current->fs, &root);
　　…
　　rest_init
　　kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);

在執(zhí)行kernel_init之前皱碘，會(huì)建立roofs文件系統(tǒng)询一。

[1]處設(shè)置了根目錄的名字為“/”；
[2]處設(shè)置了vfsmount中的root目錄；
[3]處設(shè)置了vfsmount中的超級塊健蕊；
[4]處設(shè)置了vfsmount中的文件掛載點(diǎn)菱阵，指向了自己；
[5*]處設(shè)置了vfsmount中的父文件系統(tǒng)的vfsmount為自己缩功；

五晴及、根文件系統(tǒng)各個(gè)常用目錄簡介

正常來說，根文件系統(tǒng)至少包括以下目錄：

1. /etc/：存儲(chǔ)重要的配置文件掂之。
2. /bin/：存儲(chǔ)常用且開機(jī)時(shí)必須用到的執(zhí)行文件抗俄。
3. /sbin/：存儲(chǔ)著開機(jī)過程中所需的系統(tǒng)執(zhí)行文件。
4. /lib/：存儲(chǔ)/bin/及/sbin/的執(zhí)行文件所需的鏈接庫世舰，以及Linux的內(nèi)核模塊动雹。
5. /dev/：存儲(chǔ)設(shè)備文件。

注：五大目錄必須存儲(chǔ)在根文件系統(tǒng)上跟压，缺一不可胰蝠。

六、順便說下linux文件系統(tǒng)的常用目錄

Linux文件系統(tǒng)中一般有如下幾個(gè)目錄：

1. /bin目錄
   該目錄下存放所有用戶都可以使用的震蒋、基本的命令茸塞，這些命令在掛接其它文件系統(tǒng)之前就可以使用，所以/bin目錄必須和根文件系統(tǒng)在同一個(gè)分區(qū)中查剖。
   /bin目錄下常用的命令有：cat钾虐，chgrp，chmod笋庄，cp效扫，ls，sh直砂，kill菌仁，mount，umount静暂，mkdir济丘，mknod，test等洽蛀，我們在利用Busybox制作根文件系統(tǒng)時(shí)摹迷，在生成的bin目錄下，可以看到一些可執(zhí)行的文件郊供，也就是可用的一些命令峡碉。

2. /sbin 目錄
   該目錄下存放系統(tǒng)命令，即只有管理員能夠使用的命令颂碘，系統(tǒng)命令還可以存放在/usr/sbin,/usr/local/sbin目錄下异赫，/sbin目錄中存放的是基本的系統(tǒng)命令，它們用于啟動(dòng)系統(tǒng)头岔，修復(fù)系統(tǒng)等塔拳，與/bin目錄相似，在掛接其他文件系統(tǒng)之前就可以使用/sbin峡竣，所以/sbin目錄必須和根文件系統(tǒng)在同一個(gè)分區(qū)中靠抑。
   /sbin目錄下常用的命令有：shutdown，reboot适掰，fdisk颂碧，fsck等，本地用戶自己安裝的系統(tǒng)命令放在/usr/local/sbin目錄下类浪。

3. /dev目錄
   該目錄下存放的是設(shè)備文件载城，設(shè)備文件是Linux中特有的文件類型，在Linux系統(tǒng)下费就，以文件的方式訪問各種設(shè)備诉瓦，即通過讀寫某個(gè)設(shè)備文件操作某個(gè)具體硬件。比如通過”dev/ttySAC0”文件可以操作串口0力细，通過”/dev/mtdblock1”可以訪問MTD設(shè)備的第2個(gè)分區(qū)睬澡。

4. /etc目錄
   該目錄下存放著各種配置文件，對于PC上的Linux系統(tǒng)眠蚂，/etc目錄下的文件和目錄非常多煞聪，這些目錄文件是可選的，它們依賴于系統(tǒng)中所擁有的應(yīng)用程序逝慧，依賴于這些程序是否需要配置文件昔脯。在嵌入式系統(tǒng)中，這些內(nèi)容可以大為精減馋艺。

5. /lib目錄
   該目錄下存放共享庫和可加載(驅(qū)動(dòng)程序)栅干，共享庫用于啟動(dòng)系統(tǒng)。運(yùn)行根文件系統(tǒng)中的可執(zhí)行程序捐祠，比如：/bin /sbin 目錄下的程序碱鳞。

6. /home目錄
   用戶目錄，它是可選的踱蛀，對于每個(gè)普通用戶窿给，在/home目錄下都有一個(gè)以用戶名命名的子目錄，里面存放用戶相關(guān)的配置文件率拒。

7. /root目錄
   根用戶的目錄崩泡，與此對應(yīng)，普通用戶的目錄是/home下的某個(gè)子目錄猬膨。

8. /usr目錄
   /usr目錄的內(nèi)容可以存在另一個(gè)分區(qū)中角撞，在系統(tǒng)啟動(dòng)后再掛接到根文件系統(tǒng)中的/usr目錄下。里面存放的是共享、只讀的程序和數(shù)據(jù)谒所，這表明/usr目錄下的內(nèi)容可以在多個(gè)主機(jī)間共享热康，這些主要也符合FHS標(biāo)準(zhǔn)的。/usr中的文件應(yīng)該是只讀的劣领，其他主機(jī)相關(guān)的姐军，可變的文件應(yīng)該保存在其他目錄下，比如/var尖淘。/usr目錄在嵌入式中可以精減奕锌。

9. /var目錄
   與/usr目錄相反，/var目錄中存放可變的數(shù)據(jù)村生，比如spool目錄(mail,news)惊暴，log文件，臨時(shí)文件趁桃。

10. /proc目錄
    這是一個(gè)空目錄缴守，常作為proc文件系統(tǒng)的掛接點(diǎn)，proc文件系統(tǒng)是個(gè)虛擬的文件系統(tǒng)镇辉，它沒有實(shí)際的存儲(chǔ)設(shè)備屡穗，里面的目錄，文件都是由內(nèi)核臨時(shí)生成的忽肛，用來表示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)村砂，也可以操作其中的文件控制系統(tǒng)。

11. /mnt目錄
    用于臨時(shí)掛載某個(gè)文件系統(tǒng)的掛接點(diǎn)屹逛，通常是空目錄础废，也可以在里面創(chuàng)建一引起空的子目錄，比如/mnt/cdram /mnt/hda1 罕模。用來臨時(shí)掛載光盤评腺、硬盤。

12. /tmp目錄
    用于存放臨時(shí)文件淑掌，通常是空目錄蒿讥，一些需要生成臨時(shí)文件的程序用到的/tmp目錄下，所以/tmp目錄必須存在并可以訪問抛腕。

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