linux中有一個讓很多初學者都不是特別清楚的概念，叫做“根文件系統(tǒng)”。我接觸linux前前后后也好幾年了，但是對這個問題，至今也不是特別的清楚，至少沒法給出一個很全面很到位的解釋。于是，今天我們就來理一理這個話題。
一、先交代一下文件系統(tǒng)
在開始討論根文件系統(tǒng)這個話題之前，我們必首先交代一下文件系統(tǒng)這個概念。畢竟，根文件系統(tǒng)只是文件系統(tǒng)中的一種比較特殊的形式而已。根據(jù)偉大的百度百科：
文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確存儲設備（常見的是磁盤，也有基于NAND Flash的固態(tài)硬盤）或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；即在存儲設備上組織文件的方法。操作系統(tǒng)中負責管理和存儲文件信息的軟件機構(gòu)稱為文件管理系統(tǒng)，簡稱文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)由三部分組成：文件系統(tǒng)的接口，對對象操作和管理的軟件集合，對象及屬性。從系統(tǒng)角度來看，文件系統(tǒng)是對文件存儲設備的空間進行組織和分配，負責文件存儲并對存入的文件進行保護和檢索的系統(tǒng)。具體地說，它負責為用戶建立文件，存入、讀出、修改、轉(zhuǎn)儲文件，控制文件的存取，當用戶不再使用時撤銷文件等。
文件系統(tǒng)的重要性，我想大家都很清楚，不用多說了。這里有一句話，我覺得非常精辟而且到位的點出了文件系統(tǒng)在linux中的重要性：
盡管內(nèi)核是linux的核心，但文件卻是用戶與操作系統(tǒng)交互所采用的主要工具。這對linux來說尤其如此，這是因為在UNIX傳統(tǒng)中，它使用文件I/O機制管理硬件設備和數(shù)據(jù)文件。
二、什么是根文件系統(tǒng)
然后來解釋一下“根文件系統(tǒng)”這個名詞的基本概念。同樣引自百度百科的解釋：
根文件系統(tǒng)首先是內(nèi)核啟動時所mount的第一個文件系統(tǒng)，內(nèi)核代碼映像文件保存在根文件系統(tǒng)中，而系統(tǒng)引導啟動程序會在根文件系統(tǒng)掛載之后從中把一些基本的初始化腳本和服務等加載到內(nèi)存中去運行。
展開來細說就是，根文件系統(tǒng)首先是一種文件系統(tǒng)，該文件系統(tǒng)不僅具有普通文件系統(tǒng)的存儲數(shù)據(jù)文件的功能，但是相對于普通的文件系統(tǒng)，它的特殊之處在于，它是內(nèi)核啟動時所掛載（mount）的第一個文件系統(tǒng)，內(nèi)核代碼的映像文件保存在根文件系統(tǒng)中，系統(tǒng)引導啟動程序會在根文件系統(tǒng)掛載之后從中把一些初始化腳本（如rcS,inittab）和服務加載到內(nèi)存中去運行。我們要明白文件系統(tǒng)和內(nèi)核是完全獨立的兩個部分。在嵌入式中移植的內(nèi)核下載到開發(fā)板上，是沒有辦法真正的啟動Linux操作系統(tǒng)的，會出現(xiàn)無法加載文件系統(tǒng)的錯誤。
三、根文件系統(tǒng)為什么這么重要
根文件系統(tǒng)之所以在前面加一個”根“，說明它是加載其它文件系統(tǒng)的”根“，那么如果沒有這個根，其它的文件系統(tǒng)也就沒有辦法進行加載的。
根文件系統(tǒng)包含系統(tǒng)啟動時所必須的目錄和關(guān)鍵性的文件，以及使其他文件系統(tǒng)得以掛載（mount）所必要的文件。例如：
總之：一套linux體系，只有內(nèi)核本身是不能工作的，必須要rootfs（上的etc目錄下的配置文件、/bin /sbin等目錄下的shell命令，還有/lib目錄下的庫文件等···）相配合才能工作。
Linux啟動時，第一個必須掛載的是根文件系統(tǒng)；若系統(tǒng)不能從指定設備上掛載根文件系統(tǒng)，則系統(tǒng)會出錯而退出啟動。成功之后可以自動或手動掛載其他的文件系統(tǒng)。因此，一個系統(tǒng)中可以同時存在不同的文件系統(tǒng)。在 Linux 中將一個文件系統(tǒng)與一個存儲設備關(guān)聯(lián)起來的過程稱為掛載（mount）。使用 mount 命令將一個文件系統(tǒng)附著到當前文件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中（根）。在執(zhí)行掛裝時，要提供文件系統(tǒng)類型、文件系統(tǒng)和一個掛裝點。根文件系統(tǒng)被掛載到根目錄下“/”上后，在根目錄下就有根文件系統(tǒng)的各個目錄，文件：/bin /sbin /mnt等，再將其他分區(qū)掛接到/mnt目錄上，/mnt目錄下就有這個分區(qū)的各個目錄和文件。
四、如何在內(nèi)核中掛載根文件系統(tǒng)
init/main.c->
start_kernel()->vfs_caches_init(totalram_pages)–>
mnt_init()–>
/* sysfs用來記錄和展示linux驅(qū)動模型，sysfs先于rootfs掛載是為全面展示linux驅(qū)動模型做好準備 */
/* mnt_init()調(diào)用sysfs_init()注冊并掛載sysfs文件系統(tǒng)，然后調(diào)用kobject_create_and_add()創(chuàng)建fs目錄 */
sysfs_init();/* init_rootfs()注冊rootfs，然后調(diào)用init_mount_tree()掛載rootfs */
init_rootfs();init_mount_tree();
1、sysfs文件系統(tǒng)目前還沒有掛載到rootfs的某個掛載點上，后續(xù)init程序會把sysfs掛載到rootfs的sys掛載點上；
2、rootfs是基于內(nèi)存的文件系統(tǒng)，所有操作都在內(nèi)存中完成；也沒有實際的存儲設備，所以不需要設備驅(qū)動程序的參與?；谝陨显颍琹inux在啟動階段使用rootfs文件系統(tǒng)，當磁盤驅(qū)動程序和磁盤文件系統(tǒng)成功加載后，linux系統(tǒng)會將系統(tǒng)根目錄從rootfs切換到磁盤文件系統(tǒng)。
start_kernel
vfs_caches_init
mnt_init
init_rootfs注冊rootfs文件系統(tǒng)
init_mount_tree 掛載rootfs文件系統(tǒng)
vfs_kern_mount
mount_fs
type->mount其實是rootfs_mount
mount_nodev
fill_super 其實是ramfs_fill_super
inode = ramfs_get_inode(sb, NULL, S_IFDIR | fsi->mount_opts.mode, 0);
sb->s_root = d_make_root(inode);
static const struct qstr name = QSTR_INIT(“/”, 1);[1*]
__d_alloc(root_inode->i_sb, &name);
…
mnt->mnt.mnt_root = root;[2*]
mnt->mnt.mnt_sb = root->d_sb;[3*]
mnt->mnt_mountpoint = mnt->mnt.mnt_root;[4*]
mnt->mnt_parent = mnt;[5*]
root.mnt = mnt;
root.dentry = mnt->mnt_root;
mnt->mnt_flags |= MNT_LOCKED;
set_fs_pwd(current->fs, &root);
set_fs_root(current->fs, &root);
…
rest_init
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
在執(zhí)行kernel_init之前，會建立roofs文件系統(tǒng)。
[1*]處設置了根目錄的名字為“/”；
[2*]處設置了vfsmount中的root目錄；
[3*]處設置了vfsmount中的超級塊；
[4*]處設置了vfsmount中的文件掛載點，指向了自己；
[5*]處設置了vfsmount中的父文件系統(tǒng)的vfsmount為自己；
五、根文件系統(tǒng)各個常用目錄簡介
正常來說，根文件系統(tǒng)至少包括以下目錄：
注：五大目錄必須存儲在根文件系統(tǒng)上，缺一不可。
六、順便說下linux文件系統(tǒng)的常用目錄
Linux文件系統(tǒng)中一般有如下幾個目錄：
/bin目錄
該目錄下存放所有用戶都可以使用的、基本的命令，這些命令在掛接其它文件系統(tǒng)之前就可以使用，所以/bin目錄必須和根文件系統(tǒng)在同一個分區(qū)中。
/bin目錄下常用的命令有：cat，chgrp，chmod，cp，ls，sh，kill，mount，umount，mkdir，mknod，test等，我們在利用Busybox制作根文件系統(tǒng)時，在生成的bin目錄下，可以看到一些可執(zhí)行的文件，也就是可用的一些命令。
/sbin 目錄
該目錄下存放系統(tǒng)命令，即只有管理員能夠使用的命令，系統(tǒng)命令還可以存放在/usr/sbin,/usr/local/sbin目錄下，/sbin目錄中存放的是基本的系統(tǒng)命令，它們用于啟動系統(tǒng)，修復系統(tǒng)等，與/bin目錄相似，在掛接其他文件系統(tǒng)之前就可以使用/sbin，所以/sbin目錄必須和根文件系統(tǒng)在同一個分區(qū)中。
/sbin目錄下常用的命令有：shutdown，reboot，fdisk，fsck等，本地用戶自己安裝的系統(tǒng)命令放在/usr/local/sbin目錄下。
/dev目錄
該目錄下存放的是設備文件，設備文件是Linux中特有的文件類型，在Linux系統(tǒng)下，以文件的方式訪問各種設備，即通過讀寫某個設備文件操作某個具體硬件。比如通過”dev/ttySAC0”文件可以操作串口0，通過”/dev/mtdblock1”可以訪問MTD設備的第2個分區(qū)。
/etc目錄
該目錄下存放著各種配置文件，對于PC上的Linux系統(tǒng)，/etc目錄下的文件和目錄非常多，這些目錄文件是可選的，它們依賴于系統(tǒng)中所擁有的應用程序，依賴于這些程序是否需要配置文件。在嵌入式系統(tǒng)中，這些內(nèi)容可以大為精減。
/lib目錄
該目錄下存放共享庫和可加載(驅(qū)動程序)，共享庫用于啟動系統(tǒng)。運行根文件系統(tǒng)中的可執(zhí)行程序，比如：/bin /sbin 目錄下的程序。
/home目錄
用戶目錄，它是可選的，對于每個普通用戶，在/home目錄下都有一個以用戶名命名的子目錄，里面存放用戶相關(guān)的配置文件。
/root目錄
根用戶的目錄，與此對應，普通用戶的目錄是/home下的某個子目錄。
/usr目錄
/usr目錄的內(nèi)容可以存在另一個分區(qū)中，在系統(tǒng)啟動后再掛接到根文件系統(tǒng)中的/usr目錄下。里面存放的是共享、只讀的程序和數(shù)據(jù)，這表明/usr目錄下的內(nèi)容可以在多個主機間共享，這些主要也符合FHS標準的。/usr中的文件應該是只讀的，其他主機相關(guān)的，可變的文件應該保存在其他目錄下，比如/var。/usr目錄在嵌入式中可以精減。
/var目錄
與/usr目錄相反，/var目錄中存放可變的數(shù)據(jù)，比如spool目錄(mail,news)，log文件，臨時文件。
/proc目錄
這是一個空目錄，常作為proc文件系統(tǒng)的掛接點，proc文件系統(tǒng)是個虛擬的文件系統(tǒng)，它沒有實際的存儲設備，里面的目錄，文件都是由內(nèi)核臨時生成的，用來表示系統(tǒng)的運行狀態(tài)，也可以操作其中的文件控制系統(tǒng)。
/mnt目錄
用于臨時掛載某個文件系統(tǒng)的掛接點，通常是空目錄，也可以在里面創(chuàng)建一引起空的子目錄，比如/mnt/cdram /mnt/hda1 。用來臨時掛載光盤、硬盤。
/tmp目錄
用于存放臨時文件，通常是空目錄，一些需要生成臨時文件的程序用到的/tmp目錄下，所以/tmp目錄必須存在并可以訪問。
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