图文详解Linux根文件系统

大家好，这里是物联网心球。

    本文的主题是Linux根文件系统，在进入正文之前，我们先来思考一个问题：什么是Linux根文件系统？

根文件系统被认为是Linux内核启动后挂载的第一个文件系统，是Linux文件树的根，是所有绝对路径的起点。笔者认为，这种表达并不够精准。接下来，我们从内核视角出发，深入了解Linux根文件系统。

    注意：本文基于内核6.10版本讲解。

1.根文件系统从何而来？

Linux用户接触到的根文件系统只是挂载在根目录（“/”）下的一个真实的文件系统 ，我们习惯把它称为真实根文件系统。内核初始化时，会挂载一个rootfs文件系统（伪文件系统，只存在内存中），rootfs是Linux内核启动后第一个挂载的文件系统，所以它才是Linux的根文件系统。

    从rootfs到真实根文件系统需要经历三个环节：

• 挂载rootfs伪文件系统。
• 解析initramfs至rootfs。
• 挂载真实根文件系统（如ext4）。

图1    真实根文件系统挂载流程

真实根文件系统挂载流程如图1所示。

    首先，我们来看rootfs伪文件系统的挂载流程，rootfs文件系统定义如下：

structfile_system_typerootfs_fs_type = {    .name = "rootfs",    .init_fs_context = rootfs_init_fs_context,    .kill_sb = kill_litter_super,};

我们展开rootfs_init_fs_context函数：

staticintrootfs_init_fs_context(struct fs_context *fc){if (IS_ENABLED(CONFIG_TMPFS) && is_tmpfs)return shmem_init_fs_context(fc);return ramfs_init_fs_context(fc);}

发现rootfs实际上是一个tmpfs或ramfs文件系统实例。ramfs和tmpfs都是 Linux系统中基于内存的文件系统。它们将数据直接存储在RAM（物理内存）中，因此读写速度极快，但数据在系统重启后会丢失。

• 文件头（110字节）
• 文件名
• 0-3字节填充
• 文件数据
• 0-3字节填充

#!/bin/bash#创建文件树mkdir bin conf etc libtouch etc/test.txt#创建init脚本echo"#!/bin/sh" > init#打包为newc格式find bin conf etc lib init -depth | cpio -o -H newc > initramfs.cpio

cpio -t < demo.cpio

# cpio -t < initramfs.cpiobinconfetc/test.txtetclibinit

• 挂载/proc, /sys, /dev等虚拟文件系统，并创建必要的设备节点。
• 加载访问存储设备和文件系统所需的内核模块。
• 挂载真实根文件系统。
• 将系统根目录切换到真实根文件系统，并启动/sbin/init进程（1号进程）。

switch_root 命令的核心功能包括：

• 将新根目录设置为系统的根文件系统。
• 执行新根文件系统中的init程序（通常是 /sbin/init）。
• 清理并释放initramfs占用的内存空间。

switch_root [-c /dev/console] NEW_ROOT NEW_INIT [ARGUMENTS_TO_INIT]

• NEW_ROOT：已经挂载好的真正根文件系统挂载点，例如 /newroot。

• NEW_INIT：真正根文件系统中的init程序路径，通常是/sbin/init（软链接，指向init或systemd）。

• -c：可选，重定向新系统的控制台设备。