【openwrt】【overlayfs】Openwrt系统overlayfs挂载流程

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#linux #openwrt #overlay #fstool #/dev/root #rootfs_data #根文件系统

于 2024-01-18 22:37:49 首次发布

本文介绍了overlayfs在openwrt系统中的挂载过程。overlayfs是叠加文件系统，可将只读和可写文件系统叠加，修改只存于可写系统。挂载分两部分：只读根文件系统挂载和overlayfs挂载。前者涉及内核层操作，后者需fstools工具，在应用层完成。

overlayfs是一种叠加文件系统，在openwrt和安卓系统中都有很广泛的应用，overlayfs通常用于将只读根文件系统(rootfs)和可写文件系统(jffs2)进行叠加后形成一个新的文件系统，这个新的文件系统“看起来”是可读写的，这种做法的好处是：

对这个新文件系统的修改(删除也属于修改)都只保存在可写文件系统中，只读根文件系统不受任何影响
将可写文件系统格式化后，可以将整个文件系统恢复到初始状态(相当于只有只读根文件系统的状态)
减少flash擦写次数，延长设备使用寿命

下面就开始介绍openwrt系统中的overlayfs是如何挂载的，挂载过程可以分为2个部分：

只读根文件系统(rootfs)挂载过程
overlayfs 挂载过程（包括可写文件系统(rootfs_data)挂载过程）

只读根文件系统(rootfs)挂载过程

kernel的启动流程大致如下：
在这里插入图片描述

prepare_namespace

prepare_namespace负责根文件系统的挂载

void __init prepare_namespace(void)
{
   
   
	int is_floppy;

	if (root_delay) {
   
   
		printk(KERN_INFO "Waiting %d sec before mounting root device...\n",
		       root_delay);
		ssleep(root_delay);
	}
	wait_for_device_probe(); // 等待所有的设备初始化完成

	md_run_setup();

	if (saved_root_name[0]) {
   
   
		root_device_name = saved_root_name;
		if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3) ||
		    !strncmp(root_device_name, "ubi", 3)) {
   
   
			mount_block_root(root_device_name, root_mountflags);
			goto out;
		}
		ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);
		if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0)
			root_device_name += 5;
	}

	if (initrd_load())
		goto out;
	/* wait for any asynchronous scanning to complete */
	if ((ROOT_DEV == 0) && root_wait) {
   
   
		printk(KERN_INFO "Waiting for root device %s...\n",
			saved_root_name);
		while (driver_probe_done() != 0 ||
			(ROOT_DEV = name_to_dev_t(saved_root_name)) == 0)
			msleep(5);
		async_synchronize_full();
	}

	is_floppy = MAJOR(ROOT_DEV) == FLOPPY_MAJOR;

	if (is_floppy && rd_doload && rd_load_disk(0))
		ROOT_DEV = Root_RAM0;

	mount_root();
out:
	devtmpfs_mount("dev");
	ksys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);
	ksys_chroot(".");
}

root_delay：如果cmdline中有“rootdelay=xxx”，则调用ssleep延迟xxx秒,例如“rootdelay=10”,则延时10s
wait_for_device_probe()是等待所有的设备probe完成，
saved_root_name：如果cmdline中有“root=xxx”，则saved_root_name=xxx。在我当前的系统中 root=/dev/mmcblk1p65,所以saved_root_name=/dev/mmcblk1p65
mount_block_root: 如果root_device_name前三个字符是“ubi”或者“mtd”，则调用mount_block_root进行挂载根文件系统，这里主要是针对ubifs这一种文件系统进行特殊处理,因为ubifs根文件系统对应cmdline的参数一般是：ubi.mtd=1 root=ubi0:rootfs rootfstype=ubifs ,而其他文件系统一般是root=/dev/xxx.saved_root_name会被赋值给root_device_name。
ROOT_DEV：root_device_name设备对应的设备号(/dev/mmcblk1p65设备对应主设备号是259，次设备号是0)
while (driver_probe_done() != 0): 等待所有saved_root_name设备probe完成(dev/xxx节点被创建)
mount_root：开始挂载根文件系统

mount_root(内核层)

void __init mount_root(void)
{
   
   
#ifdef CONFIG_ROOT_NFS
	if (ROOT_DEV == Root_NFS) {
   
   
		if (!mount_nfs_root())
			printk(KERN_ERR "VFS: Unable to mount root fs via NFS.\n");
		return;
	}
#endif
#ifdef CONFIG_CIFS_ROOT
	if (ROOT_DEV == Root_CIFS) {
   
   
		if (!mount_cifs_root())
			printk(KERN_ERR "VFS: Unable to mount root fs via SMB.\n");
		return;
	}
#endif
#ifdef CONFIG_MTD_ROOTFS_ROOT_DEV
	if (!mount_ubi_rootfs())
		return;
#endif
#ifdef CONFIG_BLOCK
	{
   
   
		int err = create_dev("/dev/root", ROOT_DEV);

		if (err < 0)
			pr_emerg("Failed to create /dev/root: %d\n", err);
		mount_block_root("/dev/root", root_mountflags);
	}
#endif
}

CONFIG_MTD_ROOTFS_ROOT_DEV 的作用是告诉 Linux 内核在引导过程中从哪个 MTD 设备加载根文件系统，一般支持NANDFlash的设备都会开启这个选项
mount_ubi_rootfs() 尝试挂载ubifs,如果挂载成功，则不再继续后续的挂载步骤。
CONFIG_BLOCK是开启块设备子系统，对于绝大多数文件系统(EXT4、yaffs2、XFS、FAT等)都需要块设备子系统的支持。
create_dev(“/dev/root”, ROOT_DEV) 创建了一个设备节点/dev/root,/dev/root是根文件系统设备的抽象，因为它的设备号也是ROOT_DEV,前面有提到ROOT_DEV就是实际的根文件系统设备节点。这样做的好处是不用关心实际的根文件系统设备是什么，直接对/dev/root进行mount就可以实现根文件系统的挂载。
mount_block_root(“/dev/root”, root_mountflags) 挂载/dev/root

void __init mount_block_root(char *name, int flags)
{
   
   
	struct page *page = alloc_page(GFP_KERNEL);
	char *fs_names = page_address(page);
	char *p;
	<