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devtmpfs文件系统创建设备节点

摘要：
分类：LINUX原文地址：devtmpfs文件系统创建设备节点作者：wangbaolin719http://blog.chinaunix.net/uid-27097876-id-4334356.html一、devtmpfs概述1.devtmpfs的功用是在Linux核心启动早期建立一个初步的/dev，令一般启动程序不用等待udev，缩短GNU/Linux的开机时间。2.重要解释Devtmpfsle

  1. 分类： LINUX

    原文地址：devtmpfs文件系统创建设备节点 作者：wangbaolin719

  2. http://blog.chinaunix.net/uid-27097876-id-4334356.html
  4. 一、devtmpfs概述
  5. 1.devtmpfs 的功用是在 Linux 核心 启动早期建立一个初步的 /dev，令一般启动程序不用等待 udev，缩短 GNU/Linux 的开机时间。

  7. 2.重要解释
  8. Devtmpfs lets the kernel create a tmpfs very early at kernel initialization, before any driver core device is registered. Every device with a major/minor will have a device node created in this tmpfs instance. After the rootfs is mounted by the kernel, the populated tmpfs is mounted at /dev. In initramfs, it can be moved to the manually mounted root filesystem before /sbin/init is executed.

  10. 3.menuconfig 中加入devtmpfs支持
  11. make menuconfig-->Device Drivers-->Generic Driver Options
  12. Maintain a devtmpfs filesystem to mount at /dev
  13. Automount devtmpfs at /dev, after the kernel mounted the rootfs

  15. 4.df -T显示devtmpfs
  16. 文件系统 类型 1K-块 已用 可用 已用% 挂载点
  17. /dev/sda1 ext4 31621016 14985712 15029008 50% /
  18. none devtmpfs 399552 276 399276 1% /dev
  19. none tmpfs 403804 24 403780 1% /dev/shm
  20. none tmpfs 403804 108 403696 1% /var/run
  21. none tmpfs 403804 0 403804 0% /var/lock
  22. none tmpfs 403804 0 403804 0% /lib/init/rw
  23. .host:/ vmhgfs 67151668 54038400 13113268 81% /mnt/hgfs
  24. /dev/loop0 ext2 16119 8528 6772 56% /mnt/loop

  26. 二、devtmpfs文件系统初始化
  27. void __init driver_init(void)
  28. {
  29. /* These are the core pieces */
  30. devtmpfs_init();//devtmpfs文件系统初始化
  31. devices_init();
  32. buses_init();
  33. classes_init();
  34. firmware_init();
  35. hypervisor_init();
  36. platform_bus_init();
  37. system_bus_init();
  38. cpu_dev_init();
  39. memory_dev_init();
  40. }

  42. static struct file_system_type dev_fs_type = {
  43. .name = "devtmpfs",
  44. .mount = dev_mount,
  45. .kill_sb = kill_litter_super,
  46. };

  48. int __init devtmpfs_init(void)
  49. {
  50. int err = register_filesystem(&dev_fs_type);//注册dev_fs_type文件系统，即将dev_fs_type添加到内核全局总链表中file_systems
  51. if (err) {
  52. printk(KERN_ERR "devtmpfs: unable to register devtmpfs ""type %i ", err);
  53. return err;
  54. }

  56. thread = kthread_run(devtmpfsd, &err, "kdevtmpfs");//创建并启动一个内核线程devtmpfsd
  57. if (!IS_ERR(thread)) {
  58. wait_for_completion(&setup_done);//进行一个不可打断的等待,允许一个线程告诉另一个线程工作已经完成
  59. } else {
  60. err = PTR_ERR(thread);
  61. thread = NULL;
  62. }

  64. if (err) {
  65. printk(KERN_ERR "devtmpfs: unable to create devtmpfs %i ", err);
  66. unregister_filesystem(&dev_fs_type);
  67. return err;
  68. }

  70. printk(KERN_INFO "devtmpfs: initialized ");
  71. return 0;
  72. }

  74. //请求创建设备节点的请求队列req结构
  75. static struct req {
  76. struct req *next;
  77. struct completion done;
  78. int err;
  79. const char *name;
  80. umode_t mode;//0代表删除
  81. struct device *dev;
  82. } *requests;

  84. //内核线程devtmpfsd
  85. static int devtmpfsd(void *p)
  86. {
  87. char options[] = "mode=0755";
  88. int *err = p;

  90. *err = sys_unshare(CLONE_NEWNS);
  91. if (*err)
  92. goto out;

  94. //挂载devtmpfs文件系统
  95. //devtmpfs是待安装设备的路径名，“/”是安装点路径名，”devtmpfs“表示文件系统类型，MS_SILENT=32768，即0x8000
  96. *err = sys_mount("devtmpfs", "/", "devtmpfs", MS_SILENT, options);
  97. if (*err)
  98. goto out;
  99. sys_chdir("/.."); //将进程的当前工作目录(pwd)设定为devtmpfs文件系统的根目录/* will traverse into overmounted root */
  100. sys_chroot(".");
  101. complete(&setup_done);//允许一个线程告诉另一个线程工作已经完成
  102. while (1) {
  103. spin_lock(&req_lock);
  104. while (requests) {//扫描请求链表，每当要创建一个设备节点时，都需要向requests链表中添加请求
  105. struct req *req = requests;//赋值给临时req
  106. requests = NULL;//清空
  107. spin_unlock(&req_lock);
  108. while (req) {//遍历刚才requests的请求链表
  109. struct req *next = req->next;
  110. req->err = handle(req->name, req->mode, req->dev);//对链表中的每一个请求调用handle函数
  111. complete(&req->done);
  112. req = next;
  113. }
  114. spin_lock(&req_lock);
  115. }
  116. __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);//设置为睡眠状态
  117. spin_unlock(&req_lock);
  118. schedule();//系统切换
  119. }
  120. return 0;
  121. out:
  122. complete(&setup_done);
  123. return *err;
  124. }

  126. static int handle(const char *name, umode_t mode, struct device *dev)
  127. {
  128. if (mode)
  129. return handle_create(name, mode, dev);
  130. else
  131. return handle_remove(name, dev);
  132. }

  134. static int handle_create(const char *nodename, umode_t mode, struct device *dev)
  135. {
  136. struct dentry *dentry;
  137. struct path path;
  138. int err;

  140. //查找节点名称的路径以及返回节点对应的父目录dentry结构，即在此目录下创建一个设备节点，即是/dev目录对应的dentry结构
  141. dentry = kern_path_create(AT_FDCWD, nodename, &path, 0);
  142. if (dentry == ERR_PTR(-ENOENT)) {
  143. create_path(nodename);
  144. dentry = kern_path_create(AT_FDCWD, nodename, &path, 0);
  145. }
  146. if (IS_ERR(dentry))
  147. return PTR_ERR(dentry);

  149. //创建设备节点
  150. err = vfs_mknod(path.dentry->d_inode,dentry, mode, dev->devt);
  151. if (!err) {
  152. struct iattr newattrs;
  153. newattrs.ia_mode = mode;/* fixup possibly umasked mode */
  154. newattrs.ia_valid = ATTR_MODE;
  155. mutex_lock(&dentry->d_inode->i_mutex);
  156. notify_change(dentry, &newattrs);
  157. mutex_unlock(&dentry->d_inode->i_mutex);
  158. dentry->d_inode->i_private = &thread;/* mark as kernel-created inode */
  159. }
  160. done_path_create(&path, dentry);//与前边kern_path_create对应，减少path和dentry的计数等
  161. return err;
  162. }

  164. int vfs_mknod(struct inode *dir, struct dentry *dentry, umode_t mode, dev_t dev)
  165. {
  166. int error = may_create(dir, dentry);//检查是否可以创建设备文件节点

  168. if (error)
  169. return error;

  171. //必须是字符设备或者块设备，且具有创建节点的权限
  172. if ((S_ISCHR(mode) || S_ISBLK(mode)) && !capable(CAP_MKNOD))
  173. return -EPERM;

  175. if (!dir->i_op->mknod)
  176. return -EPERM;

  178. error = devcgroup_inode_mknod(mode, dev);
  179. if (error)
  180. return error;

  182. error = security_inode_mknod(dir, dentry, mode, dev);
  183. if (error)
  184. return error;

  186. //调用具体文件系统的mknod()函数
  187. //mount时调用shmem_fill_super()-->shmem_get_inode()分配inode节点时做出的初始化
  188. /*那么在shmem_get_inode中
  189. caseS_IFDIR:
  190. inc_nlink(inode);
  191. inode->i_size= 2 * BOGO_DIRENT_SIZE;
  192. inode->i_op= &shmem_dir_inode_operations;
  193. inode->i_fop= &simple_dir_operations;
  194. 由于mountpoint是dev这个目录，所以dev对应的inode的i_op就是shmem_dir_inode_operations。
  195. staticconst struct inode_operations shmem_dir_inode_operations = {
  196. #ifdefCONFIG_TMPFS
  197. .create =shmem_create,
  198. .lookup =simple_lookup,
  199. .link =shmem_link,
  200. .unlink =shmem_unlink,
  201. .symlink =shmem_symlink,
  202. .mkdir =shmem_mkdir,
  203. .rmdir =shmem_rmdir,
  204. .mknod =shmem_mknod,
  205. .rename =shmem_rename,
  206. #endif
  207. #ifdefCONFIG_TMPFS_POSIX_ACL
  208. .setattr =shmem_notify_change,
  209. .setxattr =generic_setxattr,
  210. .getxattr =generic_getxattr,
  211. .listxattr =generic_listxattr,
  212. .removexattr =generic_removexattr,
  213. .check_acl =generic_check_acl,
  214. #endif
  215. };
  216. */
  217. error = dir->i_op->mknod(dir, dentry, mode, dev);//所以这里调用的就是shmem_mknod
  218. if (!error)
  219. fsnotify_create(dir, dentry);
  220. return error;
  221. }

  223. shmem_mknod(struct inode *dir, struct dentry *dentry, umode_t mode, dev_t dev)
  224. {
  225. struct inode *inode;
  226. int error = -ENOSPC;

  228. inode = shmem_get_inode(dir->i_sb, dir, mode, dev, VM_NORESERVE);//获得一个要创建的设备节点的inode，并初始化
  229. if (inode) {
  230. error = security_inode_init_security(inode, dir,&dentry->d_name,shmem_initxattrs, NULL);
  231. if (error) {
  232. if (error != -EOPNOTSUPP) {
  233. iput(inode);
  234. return error;
  235. }
  236. }
  237. #ifdef CONFIG_TMPFS_POSIX_ACL
  238. error = generic_acl_init(inode, dir);
  239. if (error) {
  240. iput(inode);
  241. return error;
  242. }
  243. #else
  244. error = 0;
  245. #endif
  246. dir->i_size += BOGO_DIRENT_SIZE;
  247. dir->i_ctime = dir->i_mtime = CURRENT_TIME;
  248. d_instantiate(dentry, inode);//与dentry建立关,此时就可以在/dev下看到这个字符设备节点了
  249. dget(dentry); //递减dentry的计数
  250. }
  251. return error;
  252. }

  254. 三、文件系统的mount
  255. 内核主要是通过kernel_init调用prepare_namespace()函数执行安装实际根文件系统的操作：
  256. void __init prepare_namespace(void)
  257. {
  258. int is_floppy;

  260. if (root_delay) {
  261. printk(KERN_INFO "Waiting %dsec before mounting root device... ",
  262. root_delay);
  263. ssleep(root_delay);
  264. }
  265. wait_for_device_probe();

  267. md_run_setup();
  268. /* 把root_device_name变量置为从启动参数“root”中获取的设备文件名。
  269. * 同样，把ROOT_DEV变量置为同一设备文件的主设备号和次设备号。*/
  270. if (saved_root_name[0]) {
  271. root_device_name = saved_root_name;
  272. if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3) ||
  273. !strncmp(root_device_name, "ubi", 3)) {
  274. mount_block_root(root_device_name, root_mountflags);
  275. goto out;
  276. }
  277. ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);//转换为设备号/dev/mtdblock2.
  278. if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0)
  279. root_device_name += 5;
  280. }

  282. if (initrd_load())
  283. goto out;

  285. /* wait for any asynchronous scanning to complete */
  286. if ((ROOT_DEV == 0) && root_wait) {
  287. printk(KERN_INFO "Waiting for root device %s... ",
  288. saved_root_name);
  289. while (driver_probe_done() != 0 ||
  290. (ROOT_DEV = name_to_dev_t(saved_root_name)) == 0)
  291. msleep(100);
  292. async_synchronize_full();
  293. }

  295. is_floppy = MAJOR(ROOT_DEV) == FLOPPY_MAJOR;

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

  300. mount_root();
  301. out:
  302. devtmpfs_mount("dev");//挂载devtmpfs文件系统
  303. sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL); /* 移动rootfs文件系统根目录上的已安装文件系统的安装点。 */
  304. sys_chroot(".");
  305. }

  307. int devtmpfs_mount(const char *mntdir)
  308. {
  309. int err;

  311. if (!mount_dev)
  312. return 0;

  314. if (!thread)
  315. return 0;
  316. //将devtmpfs文件系统挂载到/dev目录下
  317. err = sys_mount("devtmpfs", (char *)mntdir, "devtmpfs", MS_SILENT, NULL);
  318. if (err)
  319. printk(KERN_INFO "devtmpfs: error mounting %i ", err);
  320. else
  321. printk(KERN_INFO "devtmpfs: mounted ");
  322. return err;
  323. }


  326. 四、devtmpfs创建节点
  327. 系统在启动过程中，扫描到的设备会通过devtmpfs_create_node()函数来添加设备节点。
  328. int devtmpfs_create_node(struct device *dev)
  329. {
  330. const char *tmp = NULL;
  331. struct req req;

  333. if (!thread)
  334. return 0;

  336. req.mode = 0;
  337. req.name = device_get_devnode(dev, &req.mode, &tmp);//获得设备名
  338. if (!req.name)
  339. return -ENOMEM;

  341. if (req.mode == 0)
  342. req.mode = 0600;
  343. if (is_blockdev(dev))
  344. req.mode |= S_IFBLK;//块设备
  345. else
  346. req.mode |= S_IFCHR;//字符设备

  348. req.dev = dev;

  350. init_completion(&req.done);

  352. spin_lock(&req_lock);
  353. req.next = requests;//请求添加到requests链表
  354. requests = &req;
  355. spin_unlock(&req_lock);

  357. wake_up_process(thread);//唤醒内核线程devtmpfsd添加设备节点
  358. wait_for_completion(&req.done);

  360. kfree(tmp);

  362. return req.err;
  363. }

  365. const char *device_get_devnode(struct device *dev,umode_t *mode, const char **tmp)
  366. {
  367. char *s;

  369. *tmp = NULL;

  371. /* the device type may provide a specific name */
  372. if (dev->type && dev->type->devnode)
  373. *tmp = dev->type->devnode(dev, mode);
  374. if (*tmp)
  375. return *tmp;

  377. /* the class may provide a specific name */
  378. if (dev->class && dev->class->devnode)
  379. *tmp = dev->class->devnode(dev, mode);
  380. if (*tmp)
  381. return *tmp;

  383. /* return name without allocation, tmp == NULL */
  384. if (strchr(dev_name(dev), '!') == NULL)
  385. return dev_name(dev);

  387. /* replace '!' in the name with '/' */
  388. *tmp = kstrdup(dev_name(dev), GFP_KERNEL);
  389. if (!*tmp)
  390. return NULL;
  391. while ((s = strchr(*tmp, '!')))
  392. s[0] = '/';
  393. return *tmp;
  394. }

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