Linux根文件系统详解

Linux的文件和目录组织是一个单根的倒置的树状结构，文件系统从根目录下开始，用"/"表示，我们也可称为根文件系统(rootfs),这样的根文件系统，有以下特性：

（1） 文件名称区分大小写

（2） 以.开头的文件为隐藏文件

（3） 以/作为路径分隔符

在Linux各大发行版中它们的文件和目录组织其实是遵循FHS（Filesystem Hierarchy Standard）标准，FHS定义了系统中每个目录的用途。FHS有2层规范，第一层里定义了/下的各个目录应该要放什么数据。第2层则是针对/usr及/var这2个目录的子目录来定义。最新版本FHS2.3，大致内容如下表所示：

各大发行版除了遵循基本的LFS之外，也可以追加自己的目录结构，形成自己的风格；例如：在Ubuntu中网卡配置文件是存放在/etc/network/目录下，CentOS是在/etc/sysconfig/network-scripts/目录下。CentOS系统一些重要的目录及其基本用途如下图所示：

CentOS7之后bin,lib,lib64,sbin合并到/usr/bin,/usr/lib/,/usr/lib64,/usr/sbin里了。

一直对linux启动时挂载根文件系统的过程存在着很多疑问，今天在水木精华区找到了有用的资料，摘录如下：

1。linux启动时，经过一系列初始化之后，需要mount 根文件系统，为最后运行init进程等做准备，mount 根文件系统有这么几种方式：

1）文件系统已经存在于硬盘（或者类似的设备）的某个分区上了，kernel根据启动的命令行参数（root＝/dev/xxx),直接进行mount。 这里有一个问题，在root文件系统本身还不存在的情况下，kernel如 何根据/dev/xxx来找到对应的设备呢？注意：根文件系统和其他文件系统的mount方式是不一样的，kernel通过直接解析设备的名称来获得设备的主、从设备号，然后就可以访问对应的设备驱动 了。所以在init/main.c中有很长一串的root_dev_names（如hda,hdab,sda,sdb,nfs,ram,mtdblock……），通过这个表就可以根据设备名称得到设备号。注意，bootloader或内核中设定的启动参数（root＝/dev/xxx)只是一个代号，实际的根文件系统中不一定存在这个设备文件！

2）从软驱等比较慢的设备上装载根文件系统，如果kernel支持ramdisk，在装载root文件系统时，内核判断到需要从软盘（fdx）mount(root=/dev/fd0)，就会自动把文件系统映象复制到ramdisk，一般对应设备ram0，然后在ram0上mount 根文件系统。 从源码看，如果kernel编译时没有支持ramdisk，而启动参数又是root=/dev/fd0, 系统将直接在软盘上mount，除了速度比较慢，理论上是可行的（没试过，不知道是不是这样？）

3）启动时用到initrd来mount根文件系统。注意理解ramdisk和initrd这两个概念，其实ramdisk只是在ram上实现的块设备，类似与硬盘 *** 作，但有更快的读写速度，它可以在系统运行的任何时候使用，而不仅仅是用于启动；initrd（boot loader initialized RAM disk）可以说是启动过程中用到的一种机制，具体的实现过程也使用ramdisk技术。就是在装载linux之前，bootloader可以把一个比较小的根文件系统的映象装载在内存的某个指定位置，姑且把这段内存称为initrd（这里是initrd所占的内存，不是ramdisk，注意区别），然后bootloader通过传递参数的方式告诉内核initrd的起始地址和大小（也可以把这些参数编译在内核中），在启动阶段就可以暂时的用initrd来mount根文件系统。initrd的最初的目的是为了把kernel的启动分成两个阶段：在kernel中保留最少最基本的启动代码，然后把对各种各样硬件设备的支持以模块的方式放在initrd中，这样就在启动过程中可以从initrd所mount的根文件系统中装载需要的模块。这样的一个好处就是在保持kernel不变的情况下，通过修改initrd中的内容就可以灵活的支持不同的硬件。在启动完成的最后阶段，根文件系统可以重新mount到其他设备上，但是也可以不再 重新mount（很多嵌入式系统就是这样）。 initrd的具体实现过程是这样的：bootloader把根文件系统映象装载到内存指定位置，把相关参数传递给内核，内核启动时把initrd中的内容复制到ramdisk中（ram0），把initrd占用的内存释放掉，在ram0上mount根文件系统。从这个过程可以看出，内核需要对同时对ramdisk和initrd的支持（这种需要都编入内核，不能作为模块）。

2。嵌入式系统根文件系统的一种实现方法：对于kernel和根文件系统都存储在flash中的系统，一般可以利用linux启动的initrd的机制。具体的过程前面已经比较清楚了，还有一点就是在启动参数中传递root=/dev/ram0，这样使得用initrd进行mount的根文件系统不再切换，因为这个时候实际的设备就是ram0。还有就是initrd的起始地址参数为虚拟地址，需要和bootloader中用的物理地址对应。

  通过运行 build 目录下的 mk-uboot.sh 脚本，设定选项为 roc-rk3328-cc

  编译完后输出:

  各个镜像文件的说明如下：

  也可以通过以下文件配置 UBOOT :

  kernel中需要配置，并定义设备树，会涉及到以下文件:

  通过以下命令，完成内核配置，并更新默认配置：

  需要注意，在 make menuconfig 时应进行如下配置：

  配置好后即可编译整个 kernel (脚本文件内部设置了使用 -j4 来编译):

  编译完后输出：

  创建一个大小为 20G 的根文件系统映像文件，将 ubuntu core 解压到该映像中，如果不需要安装过多的软件，可以先设置成 2G ，后期再调整。

  将 qemu-aarch64-static 放到挂载的 rootfs 的 /usr/bin 中，能在 x86_64 主机系统下 chroot 到该 arm64 文件系统中运行：

  用 vim 编辑器打开 sources.list ：

   chroot 命令用来在指定的根目录下运行指令，在使用 chroot 之后，系统的目录结构将以指定的位置作为 “/” 位置。

  在 rootfs 的 root 用户下设置：

  退出，并卸载文件系统：

  如果想要在创建的根文件系统中安装软件，也可以继续 chroot 到该文件系统中，安装一些常用的软件，比如 "pip" , "numpy" 等，避免复杂的交叉编译环境设置和加快文件系统的成型。

  这样 rootfs.img 里就已经有刚才制作的根目录内容了，但这个 img 文件大小却是定义的镜像的大小，不是文件系统的实际大小，所以还要经过一些处理才能发布。

  检查并查看rootfs.img镜像的大小：

  减小ubuntu.img镜像文件的大小：

  把 Linux 根文件系统映像文件 rootfs 放在 out/ 下，这时 out 目录应包含以下文件:

  该脚本将根据《存储映射》所描述的布局，将分区映像文件写到指定位置，并最终打包成 out/system.img 。

  如下所示的"parameter.txt"就是按照存储映射布局制作的，只添加了几个必不可少的分区。

  插入 SD 卡，如果 SD 被自动挂载，则先将其卸载。

  安装 pv ：

  通过检查内核的日志查找 SD 卡的设备文件：

  如果设备文件为 /dev/sdb ，使用 dd 命令进行烧录：

  如果需要将分区镜像写入到 SD 卡，可以运行以下命令：

  也可以运行下面指令，将生成的统一固件 system.img 写入到 SD 卡中：

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