qtopia 文件系统启动过程分析

嵌入式学习入门 http://blog.chinaunix.net/u3/117680/showart.php?id=2300212

虽然root_qtopia这个文件系统的GUI是基于Qtopia的，但其初始化启动过程却是由大部分由busybox完成，Qtopia（qpe）只是在启动的最后阶段被开启。
由于默认的内核命令行上有init=/linuxrc, 因此，在文件系统被挂载后，运行的第一个程序是根目录下的linuxrc。 这是一个指向/bin/busybox的链接，也就是说，系统起来后运行的第一个程序也就是busybox本身。
这种情况下，busybox首先将试图解析/etc/inittab来获取进一步的初始化配置信息（参考busybox源代码init/init.c中的 parse_inittab()函数）。而事实上，root_qtopia中并没有/etc/inittab这个配置文件，根据busybox的逻辑，它将生成默认的配置

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1. static void parse_inittab(void)
2. {
3. #if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB
4. char *token[4];
5. parser_t *parser = config_open2("/etc/inittab", fopen_for_read);
7. if (parser == NULL)
8. #endif
9. {
10. /* No inittab file -- set up some default behavior */
11. /* Reboot on Ctrl-Alt-Del */
12. new_init_action(CTRLALTDEL, "reboot", "");
13. /* Umount all filesystems on halt/reboot */
14. new_init_action(SHUTDOWN, "umount -a -r", "");
15. /* Swapoff on halt/reboot */
16. if (ENABLE_SWAPONOFF)
17. new_init_action(SHUTDOWN, "swapoff -a", "");
18. /* Prepare to restart init when a QUIT is received */
19. new_init_action(RESTART, "init", "");
20. /* Askfirst shell on tty1-4 */
21. new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, "");
22. //TODO: VC_1 instead of ""? "" is console -> ctty problems -> angry users
23. new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_2);
24. new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_3);
25. new_init_action(ASKFIRST, bb_default_login_shell, VC_4);
26. /* sysinit */
27. new_init_action(SYSINIT, INIT_SCRIPT, "");
28. return;
29. }

其中， 最重要的一个，就是new_init_action(SYSINIT, INIT_SCRIPT, "")， 也就决定了接下去初始化的脚本是INIT_SCRIPT所定义的值。这个宏的默认值是"/etc/init.d/rcS".
下面是文件系统中/etc/init.d/rcS的内容, 也是我们要分析的重点

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1. #! /bin/sh
3. PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/usr/local/bin:
4. runlevel=S
5. prevlevel=N
6. umask 022
7. export PATH runlevel prevlevel
9. #
10. # Trap CTRL-C &c only in this shell so we can interrupt subprocesses.
11. #
12. trap ":" INT QUIT TSTP
13. /bin/hostname FriendlyARM
15. /bin/mount -n -t proc none /proc
16. /bin/mount -n -t sysfs none /sys
17. /bin/mount -n -t usbfs none /proc/bus/usb
18. /bin/mount -t ramfs none /dev
20. echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
21. /sbin/mdev -s
22. /bin/hotplug
23. # mounting file system specified in /etc/fstab
24. mkdir -p /dev/pts
25. mkdir -p /dev/shm
26. /bin/mount -n -t devpts none /dev/pts -o mode=0622
27. /bin/mount -n -t tmpfs tmpfs /dev/shm
28. /bin/mount -n -t ramfs none /tmp
29. /bin/mount -n -t ramfs none /var
30. mkdir -p /var/empty
31. mkdir -p /var/log
32. mkdir -p /var/lock
33. mkdir -p /var/run
34. mkdir -p /var/tmp
36. /sbin/hwclock -s
38. syslogd
39. /etc/rc.d/init.d/netd start
40. echo " " > /dev/tty1
41. echo "Starting networking..." > /dev/tty1
42. sleep 1
43. /etc/rc.d/init.d/httpd start
44. echo " " > /dev/tty1
45. echo "Starting web server..." > /dev/tty1
46. sleep 1
47. /etc/rc.d/init.d/leds start
48. echo " " > /dev/tty1
49. echo "Starting leds service..." > /dev/tty1
50. echo " "
51. sleep 1
53. /sbin/ifconfig lo 127.0.0.1
54. /etc/init.d/ifconfig-eth0
56. /bin/qtopia &
57. echo " " > /dev/tty1
58. echo "Starting Qtopia, please waiting..." > /dev/tty1

下面就逐个来分析：

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1. PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/usr/local/bin:
2. runlevel=S
3. prevlevel=N
4. umask 022
5. export PATH runlevel prevlevel

为启动环境设置必要的环境变量；

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1. /bin/hostname FriendlyARM

设置机器名字；

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1. /bin/mount -n -t proc none /proc
2. /bin/mount -n -t sysfs none /sys
3. /bin/mount -n -t usbfs none /proc/bus/usb
4. /bin/mount -t ramfs none /dev

挂载“虚拟”文件系统，/proc, /sys，并且在/dev目录上挂载一个ramfs，相当于把原本NAND Flash上的只读的/dev目录“覆盖”上一块可写的空的SDRAM。
这里要注意的是，/sys和挂载了ramfs的/dev是正确创建设备节点的关键。对于2.6.29内核来说，已经没有了devfs的支持，创建设备节点只有通过两种办法由文件系统完成：
1) 制作文件系统镜像前用mknod手动创建好系统中所有的(包括可能有的)设备节点，并把这些节点文件一起做进文件系统镜像中；
2）在文件系统初始化过程中，通过/sys目录所输出的信息，在/dev目录下动态的创建系统中当前实际有的设备节点。
显然，方法1）有很大的局限性，仅限于没有设备动态增加或减少的情况，不适用于很多设备热插拔的情况，比如U盘，SD卡等等。方法2）是目前大多数PC上 Linux的做法（基于udev实现）。这种方法有两个前提： /sys目录挂载和一个可写的/dev目录。这也就是为什么我们在这里需要挂载/sys和ramfs在/dev目录上。事实上，这种方法最早就是为热插拔设计的，你可以理解为当系统启动是，所有设备一下子全部“插入”了进来。
这里有一点要说明的是，在文件系统初始化跑到这里之前，原本的/dev目录下必须有一个的设备节点：/dev/console。
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1. echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
2. /sbin/mdev -s
3. /bin/hotplug

这几个就是用来完成我上面所说的两个东西： 1）通过mdev -s 在/dev目录下建立必要的设备节点； 2）设置内核的hotplug handler为mdev, 即当设备热插拔时，由mdev接收来自内核的消息并作出相应的回应, 比如挂载U盘。
对于mdev，需要注意的是，文件系统里存在/etc/mdev.conf文件，它包含了mdev的配置信息。通过这个文件，我们可以自定义一些设备节点的名称或链接来满足特定的需要。这是root qtopia中mdev.conf的内容：

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1. # system all-writable devices
2. full        0:0    0666
3. null        0:0    0666
4. ptmx        0:0    0666
5. random        0:0    0666
6. tty        0:0    0666
7. zero        0:0    0666
9. # console devices
10. tty[0-9]*    0:5    0660
11. vc/[0-9]*    0:5    0660
13. # serial port devices
14. s3c2410_serial0    0:5    0666    =ttySAC0
15. s3c2410_serial1    0:5    0666    =ttySAC1
16. s3c2410_serial2    0:5    0666    =ttySAC2
17. s3c2410_serial3    0:5    0666    =ttySAC3
19. # loop devices
20. loop[0-9]*    0:0    0660    =loop/
22. # i2c devices
23. i2c-0        0:0    0666    =i2c/0
24. i2c-1        0:0    0666    =i2c/1
26. # frame buffer devices
27. fb[0-9]        0:0    0666
29. # input devices
30. mice        0:0    0660    =input/
31. mouse.*        0:0    0660    =input/
32. event.*        0:0    0660    =input/
33. ts.*        0:0    0660    =input/
35. # rtc devices
36. rtc0        0:0    0644    >rtc
37. rtc[1-9]    0:0    0644
39. # misc devices
40. mmcblk0p1    0:0    0600    =sdcard */bin/hotplug
41. sda1        0:0    0600    =udisk * /bin/hotplug

可以看到，原本串口驱动注册的设备名是s3c2410_serial0, s3c2410_serial1和s3c2410_serial2，而mdev则会在/dev目录下对应生成ttySAC0, ttySAC1和ttySAC2以符合应用程序对于串口设备名称的习惯。同样的，/dev/sdcard和/dev/udisk永远分别指向SD卡和U盘的第一个分区。（所以，用那些没有分区表的SD卡或U盘的兄弟知道原因了吧...）

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1. # mounting file system specified in /etc/fstab
2. mkdir -p /dev/pts
3. mkdir -p /dev/shm
4. /bin/mount -n -t devpts none /dev/pts -o mode=0622
5. /bin/mount -n -t tmpfs tmpfs /dev/shm
6. /bin/mount -n -t ramfs none /tmp
7. /bin/mount -n -t ramfs none /var
8. mkdir -p /var/empty
9. mkdir -p /var/log
10. mkdir -p /var/lock
11. mkdir -p /var/run
12. mkdir -p /var/tmp

就像注释中所说的，这是用来挂载其他一些常用的文件系统，并在/var目录下(同样是ramfs，可写的)新建必要的目录。

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1. /sbin/hwclock -s

用来设定系统时间的，从硬件RTC中获取，不过似乎有问题
接下来就是启动系统服务了，包括log记录，网络， http server和自定义的"跑马灯服务"...
关于mdev.conf中的

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1. # misc devices
2. mmcblk0p1    0:0    0600    =sdcard */bin/hotplug
3. sda1        0:0    0600    =udisk * /bin/hotplug

一点补充说明：
这两句配置的意思是当SD卡或者U盘插入/拔出时，将这个消息传递给自定义的热插拔handler, /bin/hotplug. 这个程序是友善之臂开发的用于自动挂载可移动设备的，目前是SD卡和U盘。它的逻辑很简单，将SD卡或者U盘的第一个分区作为FAT/FAT32挂载到 /sdcard或者/udisk.
但这也同时带来一个问题，当SD卡或者U盘上没有分区表或者第一个分区不是FAT/FAT32格式的时候，它就玩不转了，兄弟们要小心了:)
这是/bin/hotplug里的二进制数据片段，可以看到我上面说的逻辑：
000010d0h: 52 00 00 00 4D 00 00 00 00 00 00 00 41 00 00 00 ; R...M.......A...
000010e0h: 43 00 00 00 54 00 00 00 49 00 00 00 4F 00 00 00 ; C...T...I...O...
000010f0h: 4E 00 00 00 00 00 00 00 44 00 00 00 45 00 00 00 ; N.......D...E...
00001100h: 56 00 00 00 4E 00 00 00 41 00 00 00 4D 00 00 00 ; V...N...A...M...
00001110h: 45 00 00 00 00 00 00 00 61 00 00 00 64 00 00 00 ; E.......a...d...
00001120h: 64 00 00 00 00 00 00 00 72 00 00 00 65 00 00 00 ; d.......r...e...
00001130h: 6D 00 00 00 6F 00 00 00 76 00 00 00 65 00 00 00 ; m...o...v...e...
00001140h: 00 00 00 00 2F 00 00 00 64 00 00 00 65 00 00 00 ; ..../...d...e...
00001150h: 76 00 00 00 2F 00 00 00 75 00 00 00 64 00 00 00 ; v.../...u...d...
00001160h: 69 00 00 00 73 00 00 00 6B 00 00 00 00 00 00 00 ; i...s...k.......
00001170h: 2F 00 00 00 64 00 00 00 65 00 00 00 76 00 00 00 ; /...d...e...v...
00001180h: 2F 00 00 00 73 00 00 00 64 00 00 00 63 00 00 00 ; /...s...d...c...
00001190h: 61 00 00 00 72 00 00 00 64 00 00 00 00 00 00 00 ; a...r...d.......
000011a0h: 4D 00 00 00 44 00 00 00 45 00 00 00 56 00 00 00 ; M...D...E...V...
000011b0h: 00 00 00 00 6D 00 00 00 6D 00 00 00 63 00 00 00 ; ....m...m...c...
000011c0h: 62 00 00 00 6C 00 00 00 6B 00 00 00 30 00 00 00 ; b...l...k...0...
000011d0h: 70 00 00 00 31 00 00 00 00 00 00 00 73 00 00 00 ; p...1.......s...
000011e0h: 64 00 00 00 61 00 00 00 31 00 00 00 00 00 00 00 ; d...a...1.......
000011f0h: 76 00 00 00 66 00 00 00 61 00 00 00 74 00 00 00 ; v...f...a...t...
00001200h: 00 00 00 00 2F 00 00 00 64 00 00 00 65 00 00 00 ; ..../...d...e...
00001210h: 76 00 00 00 2F 00 00 00 77 00 00 00 61 00 00 00 ; v.../...w...a...
00001220h: 74 00 00 00 63 00 00 00 68 00 00 00 64 00 00 00 ; t...c...h...d...
00001230h: 6F 00 00 00 67 00 00 00 00 00 00 00 9A B2 01 81 ; o...g.......毑.?
00001240h: B0                                              ; ?
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1. syslogd
2. /etc/rc.d/init.d/netd start
3. echo "                        " > /dev/tty1
4. echo "Starting networking..." > /dev/tty1
5. sleep 1
6. /etc/rc.d/init.d/httpd start
7. echo "                        " > /dev/tty1
8. echo "Starting web server..." > /dev/tty1
9. sleep 1
10. /etc/rc.d/init.d/leds start
11. echo "                        " > /dev/tty1
12. echo "Starting leds service..." > /dev/tty1
13. echo "                        "
14. sleep 1

启动一系列服务:
syslog - 用于记录内核和应用程序debug信息
netd -     inetd, 一个挂载启动各种网络相关服务的看守进程
httpd -    http server看守进程
leds  -   跑马灯看守进程
其中，inetd的配置文件为/etc/inetd.conf，这是文件内容

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1. # /etc/inetd.conf:  see inetd(8) for further informations.
2. echo     stream  tcp    nowait    root    internal
3. echo     dgram   udp    wait    root    internal
4. daytime  stream  tcp    nowait    root    internal
5. daytime  dgram   udp    wait    root    internal
6. time     stream  tcp    nowait    root    internal
7. time     dgram   udp    wait    root    internal
9. # These are standard services.
10. #
11. ftp    stream    tcp    nowait    root    /usr/sbin/ftpd        /usr/sbin/ftpd
12. telnet    stream    tcp    nowait    root    /usr/sbin/telnetd    /usr/sbin/telnetd -i

可以看到，这里启动的网络服务有两个： 1）ftp server 和 2)telnet server。有关网络服务的端口和协议等具体信息，可以参考/etc/services, /etc/protocols
再接下来

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1. /sbin/ifconfig lo 127.0.0.1
2. /etc/init.d/ifconfig-eth0

配置网络设备(网卡)：
1）设定本机回环地址为127.0.0.1
2）运行网卡设置脚本/etc/init.d/ifconfig-eth0
这是/etc/init.d/ifconfig-eth0的内容, 加入了我的一些注释

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1. #!/bin/sh
3. echo -n Try to bring eth0 interface up......>/dev/ttySAC0
5. #判断/etc/eth0-setting文件是否存在
6. if [ -f /etc/eth0-setting ] ; then
7.                      #读取配置文件信息
8.     source /etc/eth0-setting
10.                       #如果根文件系统为nfs，则说明网卡已经配置OK，这里什么都不需要配置了
11.     if grep -q "^/dev/root / nfs " /etc/mtab ; then
12.         echo -n NFS root ... > /dev/ttySAC0
13.                      #否则，根据配置文件中的MAC, IP, Mask和Gateway通过ifconfig命令相应地配置网卡
14.     else
15.         ifconfig eth0 down
16.         ifconfig eth0 hw ether $MAC
17.         ifconfig eth0 $IP netmask $Mask up
18.         route add default gw $Gateway
19.     fi
21.                      #将配置文件中的DNS设置写入/etc/resolv.conf使之生效
22.     echo nameserver $DNS > /etc/resolv.conf
23. #配置文件不存在，使用默认配置
24. else
26.                       #如果根文件系统为nfs，则说明网卡已经配置OK，这里什么都不需要配置了
27.     if grep -q "^/dev/root / nfs " /etc/mtab ; then
28.         echo -n NFS root ... > /dev/ttySAC0
29.     else
30.                      #将网卡的IP地址设定为192.168.1.230
31.     /sbin/ifconfig eth0 192.168.1.230 netmask 255.255.255.0 up
32.     fi
33. fi
35. echo Done > /dev/ttySAC0

可以看到，NFS自动识别就是靠判断/etc/mtab中是否有nfs的挂载记录实现的。
这是root qtopia文件系统中/etc/eth0-settings文件

复制代码

1. IP=192.168.1.230
2. Mask=255.255.255.0
3. Gateway=192.168.1.1
4. DNS=192.168.1.1
5. MAC=08:90:90:90:90:90

终于到最后了，启动Qtopia GUI环境

复制代码

1. /bin/qtopia &
2. echo "                                  " > /dev/tty1
3. echo "Starting Qtopia, please waiting..." > /dev/tty1

可以看到，这里Qtopia是通过运行/bin/qtopia来启动的。事实上，/bin/qtopia也是一个脚本，它的任务是设定Qtopia运行必要的环境, 最后通过调用qpe可执行文件真正启动Qtopia。这是它的全部内容，我加入了一些注释：

复制代码

1. #!/bin/sh
3. #tslib环境变量设置，包括了touchscreen设备文件，tslib配置文件，tslib plug-in位置和touchscreen校准数据文件
4. export TSLIB_TSDEVICE=/dev/input/event0
5. export TSLIB_CONFFILE=/usr/local/etc/ts.conf
6. export TSLIB_PLUGINDIR=/usr/local/lib/ts
7. export TSLIB_CALIBFILE=/etc/pointercal
8. #Qtopia环境变量设置，设定了Qtopia主要文件位置
9. export QTDIR=/opt/Qtopia
10. export QPEDIR=/opt/Qtopia
11. #设定PATH和LD_LIBRARY_PATH以包含Qtopia的可执行文件和共享库文件，方便Qtopia正确运行
12. export PATH=$QTDIR/bin:$PATH
13. export LD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH
15. #通过判断/sys/devices/virtual/input/input0/uevent中是否包含touchscreen信息使Qtopia自动识别touchscreen和USB鼠标
16. TS_INFO_FILE=/sys/devices/virtual/input/input0/uevent
17. if [ -e $TS_INFO_FILE -a "/bin/grep -q TouchScreen < $TS_INFO_FILE" ]; then
18.     export QWS_MOUSE_PROTO="TPanel:/dev/input/event0 USB:/dev/input/mice"
19.     if [ -e /etc/pointercal -a ! -s /etc/pointercal ] ; then
20.         rm /etc/pointercal
21.     fi
22. else
23.     export QWS_MOUSE_PROTO="USB:/dev/input/mice"
24.     >/etc/pointercal
25. fi
26. unset TS_INFO_FILE
28. export QWS_KEYBOARD=TTY:/dev/tty1
29. export KDEDIR=/opt/kde
31. export HOME=/root
33. #通过调用/opt/Qtopia/bin/qpe真正启动Qtopia
34. exec $QPEDIR/bin/qpe 1>/dev/null 2>/dev/null

到此为止，文件系统从初始化到最终启动Qtopia GUI环境的全部过程就结束了，大家可以看到，友善之臂的“小秘密”其实都在这里，说穿了很简单:)只要大家能够静下心来认真看看脚本，看看源代码，加上一些背景知识的了解，搞清楚一个嵌入式系统就这么简单
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通常/linuxrc这个文件只有在
1. 使用了Initial Ramdisk (initrd)
2. 内核命令行上指定了init=/linuxrc
这两种情况下才有用，mini2440的root_qtopia属于情况2), 在root_qtopia中，/linuxrc是指向/bin/busybox的符号链接，也就是说，整个文件系统的入口就变成了busybox的 main()函数，busybox支持这种方式来启动busybox本身和整个文件系统的初始化。

嵌入式学习入门 http://blog.chinaunix.net/u3/117680/showart.php?id=2300212