CN113918228B - 一种基于多cpu架构的内存文件系统启动方法 - Google Patents

一种基于多cpu架构的内存文件系统启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及计算机内存领域，公开了一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，包括：加载并执行UEFI固件程序；根据UEFI固件程序执行EBC引导程序；根据EBC引导程序加载引导配置文件系统；根据引导配置文件系统获取当前环境的CPU架构A1根据所述CPU架构A1判断使用的架构内核A2并进行加载根据加载的架构内核A2加载通用的Squashfs内存文件系统，并对Squashfs内存文件系统进行挂载；根据通用的Squashfs内存文件系统获取当前环境的CPU架构A3，并获取CPU架构A3的Overlay文件系统；对Overlay文件系统进行加载和挂载，并将加载和挂载后的Overlay文件系统与通用的Squashfs内存文件系统进行合并，获取并运行最终的内存文件系统。本发明用于减少存储空间的开销，同时还能保证多CPU架构下内存文件系统的兼容与统一。

Description

一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法
技术领域
本发明涉及计算机内存文件系统技术领域，具体地说，是一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，用于减少了存储空间的开销，同时还能保证多CPU架构下内存文件系统的兼容与统一。
背景技术
日常工作中对硬件进行测试，通常使用装载内存文件系统的存储介质，并配合引导程序、引导配置文件系统、内核等进行内存文件系统的引导启动。由于硬件的CPU架构种类较多，所以测试时通常需要针对不同的CPU架构装有不同的引导程序、内核、内存文件系统的存储介质，不不具备通用性，会导致前期的准备工作量繁重，且不同的存储介质之间容易出现混乱，不易管理的情况。现有的技术都是通过准备多存储介质，每个存储介质中放置不同的EFI程序、内存文件系统，通过不同的存储介质实现不同CPU架构下的内存文件系统的引导与启动。这导致了前期准备工作量大，且存储介质之间容易出现混乱、不易管理。且对于不同CPU架构的内存文件系统所安装的软件功能是相同的，只是二进制程序的架构不同，如果对每个CPU架构都单独准备内存文件系统会浪费较大的存储空间。
因此，亟需一种技术方案以解决上述问题，能够在保证多CPU架构下内存文件系统的兼容与统一的前提下，减少存储空间的开销，增强多架构下内存文件系统引导启动的兼容性与统一性，降低了用于启动内存文件系统的存储介质的管理难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，实现增强多架构下内存文件系统引导启动的兼容性与统一性；降低了用于启动内存文件系统的存储介质的管理难度的功能，具有降低了用于启动内存文件系统的存储介质的管理难度的效果。
本发明通过下述技术方案实现：一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，包括以下步骤：
步骤S1.通过上电加载并执行UEFI固件程序；
步骤S2.根据UEFI固件程序执行EBC引导程序；
步骤S3.根据EBC引导程序加载引导配置文件系统；
步骤S4.根据引导配置文件系统获取当前环境的CPU架构A1；
步骤S5.根据所述CPU架构A1判断使用的架构内核A2并进行加载；
步骤S6.根据加载的架构内核A2加载通用的Squashfs内存文件系统，并对Squashfs内存文件系统进行挂载；
步骤S7.根据通用的Squashfs内存文件系统获取当前环境的CPU架构A3，并获取CPU架构A3的Overlay文件系统；
步骤S8.对Overlay文件系统进行加载和挂载，并将加载和挂载后的Overlay文件系统与通用的Squashfs内存文件系统进行合并，获取并运行最终的内存文件系统。
在本技术方案中，本发明采用EBC引导程序，较之传统的EFI引导程序，具有多CPU架构通用性；且内存文件系统使用Squashfs文件系统和Overlay文件系统的组合，将非二进制文件系统、二进制文件系统进行分离，Squashfs文件系统作为基础内存文件系统根据架构的不同挂载不同的Overlay文件系统，不仅减少了存储空间的开销，而且保证了多CPU架构下内存文件系统的兼容与统一。不同CPU架构UEFI固件程序能够运行同一份EBC程序，因此通过EBC在不同CPU架构硬件的BootLoader阶段做到了统一、兼容。
引导配置文件系统的grub_cpu环境变量能够判断此时正在运行的CPU架构，根据grub_cpu值的不同可以加载不同的引导菜单，从而运行不同架构的内核。
Squashfs文件系统在本发明中作为底层的内存文件系统，能够被内核加载到内存中并进行根文件系统的挂载，存放非二进制文件系统，从而实现多CPU架构的兼容与通用。
Overlay文件系统在本发明中作为顶层的内存文件系统，存放二进制文件系统，每个CPU架构对应一个Overlay文件系统。在Squashfs文件系统接收内核参数挂载指定overlay文件系统后，对应的Overlay文件系统会挂载在Squashfs文件系统之上，从而组合成完整的内存文件系统。
名词解释：
EBC：EFI Byte Code（EFI字节码）。EFI Byte Code是一组专用于EFI驱动程序的虚拟机器语言，需要在UEFI驱动程序运行环境被解释运行。而现有各CPU架构主板上的UEFI固件程序均参照UEFI标准实现，因此都支持EBC的解释运行。
Squashfs文件系统：是一套供Linux内核使用的GPL开源只读压缩文件系统。能够为文件系统内的文件系统、inode及目录结构进行压缩，并支持最大1024千字节的区段，以提供更大的压缩比。编译了Squashfs模块的Linux内核能够识别并挂载Squashfs文件系统。
Overlay文件系统：Overlayfs是一种堆叠文件系统，它依赖并建立在其它的文件系统之上，并不直接参与磁盘空间结构的划分，仅仅将原来底层文件系统中不同的目录进行“合并”，然后向用户呈现。因此对于用户来说，它所见到的overlay文件系统根目录下的内容就来自挂载时所指定的不同目录的“合集”。
为了更好地实现本发明，进一步地，步骤S2包括： 步骤S2.1. 将不同架构的UEFI程序反编译成C语言源代码；
步骤S2.2.消除C语言源代码中常量的运算，并添加针对不同架构定义的宏；
步骤S2.3.使用编译器将消除常量后的C语言源代码编译成EBC引导程序。
在本技术方案中，在编写可能移植到EBC（EFI字节码）的驱动程序时，将UEFI驱动程序转换为EBC所需的任务包括：将汇编语言源代码移植到C语言源代码，将C++语言源移植到C语言源，消除使用浮动类型，将浮点数学运算转换为整数数学运算，消除在需要常量的语句中使用sizeof()，避免自然整数和固定大小整数之间的算术运算和比较。一些特定的组合会产生意想不到的结果。
为了更好地实现本发明，进一步地，步骤S3中配置文件系统包括引导启动内存文件系统的菜单选项，所述菜单选项包括内存文件系统和当前环境的架构内核。
在本技术方案中，EBC引导程序加载引导配置文件，引导配置文件中描述了引导启动的菜单选项，每个菜单项中包括了内核以及内存文件系统。
为了更好地实现本发明，进一步地，步骤S4包括：
引导配置文件通过所述菜单选项中的grub_cpu环境变量获取当前环境的CPU架构A1，并对CPU架构A1进行判断。
在本技术方案中，对CPU架构A1的判断能够更好的将内存文件系统中的二进制文件、非二进制文件分离，更有助于后续的封装进Qverlay文件系统和Squashfs文件系统。
为了更好地实现本发明，进一步地，步骤S5包括：
若grub_pc的值为amd64架构，选择amd64架构内核A2，并进行加载；
若grub_pc的值不为amd64架构，选择对应的架构内核A2，并进行加载。
在本技术方案中，若grub_pc的值为其他架构（arm64、mips64el等），则选择其他架构的内核并加载，由于架构较多，这里没有将每一个架构单独列出分支。
为了更好地实现本发明，进一步地，步骤S6包括：所述根文件系统中的文件为非二进制文件。
在本技术方案中，内存文件系统由两部分组成：通用的、存放非二进制文件的Squashfs文件系统；CPU架构相关、存放二进制文件的Overlay文件系统。通过两部分的组合挂载，实现最终的内存文件系统。
为了更好地实现本发明，进一步地，步骤S7包括：Squashfs文件系统通过内核参数或环境变量获取当前环境的CPU架构A3。
在本技术方案中，如果CPU架构A3为amd64架构，则加载amd64架构的overlay文件系统并进行overlay层的挂载，与squashfs文件系统合并为内存文件系统【overlay文件系统中为二进制文件，如果CPU架构A3为其他架构，则选择其他架构的内核并加载，由于架构较多，这里没有将每一个架构单独列出分支。
为了更好地实现本发明，进一步地，步骤S8包括：根据获取的CPU架构A3，加载CPU架构A3对应Overlay文件系统，并进行Overlay层的挂载。
在本技术方案中，Squashfs文件系统与Overlay文件系统合并后的文件系统即为最终完整的内存文件系统，此时内存文件系统已可正常运行。
为了更好地实现本发明，进一步地，步骤S8还包括：所述加载和挂载后的Overlay文件系统中的文件为二进制文件。
在本技术方案中，通过存储非二进制文件的Squashfs文件系统与存储二进制文件的Overlay文件系统的合并，实现内存文件系统对于多CPU架构的统一与兼容。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明能够使用单一的存储介质在不同CPU架构进行内存文件系统的引导与启动，不仅方便快捷、而且降低的存储介质的管理难度；
（2）本发明使用EBC而不是EFI作为UEFI固件程序的引导程序，增加的兼容性与通用性；
（3）本发明将内存文件系统中的二进制文件系统、非二进制文件系统分离，分别封装进Overlay文件系统和Squashfs文件系统。其中包含非二进制文件系统的Squashfs文件系统作为基础内存文件系统，所有CPU架构通用，从而实现了不同CPU架构下的兼容与统一，并且减少了存储的开销。
附图说明
本发明结合下面附图和实施例做进一步说明，本发明所有构思创新应视为所公开内容和本发明保护范围。
图1为本发明所提供的的一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法的流程图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例的一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1.通过上电加载并执行UEFI固件程序；
步骤S2.根据UEFI固件程序执行EBC引导程序；
步骤S3.根据EBC引导程序加载引导配置文件系统；
步骤S4.根据引导配置文件系统获取当前环境的CPU架构A1；
步骤S5.根据所述CPU架构A1判断使用的架构内核A2并进行加载；
步骤S6.根据加载的架构内核A2加载通用的Squashfs内存文件系统，并对Squashfs内存文件系统进行挂载；
步骤S7.根据通用的Squashfs内存文件系统获取当前环境的CPU架构A3，并获取CPU架构A3的Overlay文件系统；
步骤S8.对Overlay文件系统进行加载和挂载，并将加载和挂载后的Overlay文件系统与通用的Squashfs内存文件系统进行合并，获取并运行最终的内存文件系统。
在本实施例中，本发明采用EBC引导程序，较之传统的EFI引导程序，具有多CPU架构通用性；且内存文件系统使用Squashfs文件系统和Overlay文件系统的组合，将非二进制文件系统、二进制文件系统进行分离，Squashfs文件系统作为基础内存文件系统根据架构的不同挂载不同的Overlay文件系统，不仅减少了存储空间的开销，而且保证了多CPU架构下内存文件系统的兼容与统一。不同CPU架构UEFI固件程序能够运行同一份EBC程序，因此通过EBC在不同CPU架构硬件的BootLoader阶段做到了统一、兼容。
引导配置文件系统的grub_cpu环境变量能够判断此时正在运行的CPU架构，根据grub_cpu值的不同可以加载不同的引导菜单，从而运行不同架构的内核。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，在本实施例中的具体操作为：将不同架构的kernel.img EFI程序反编译成C语言源代码；在C语言源代码中消除浮点类型的使用，将浮点运算转换为整数运算；消除C语言源代码中的常量的sizeof()运算，避免可变长的整数与固定大小的整数之间进行运算和比较；在C语言源代码中添加针对不同架构定义的宏，使用宏判断对不同架构进行差异化执行；使用编译器将C语言源代码编译成EBC程序。
此外，在编写可能移植到EBC（EFI字节码）的驱动程序时，将UEFI驱动程序转换为EBC所需的任务包括：将汇编语言源代码移植到C语言源代码，将C++语言源移植到C语言源，消除使用浮动类型，将浮点数学运算转换为整数数学运算，消除在需要常量的语句中使用sizeof()，避免自然整数和固定大小整数之间的算术运算和比较。一些特定的组合会产生意想不到的结果。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例1的基础上做进一步优化，在本实施例中，EBC引导程序加载引导配置文件，引导配置文件中描述了引导启动的菜单选项，每个菜单项中包括了内核以及内存文件系统。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，在本实施例中，引导配置文件通过所述菜单选项中的grub_cpu环境变量获取当前环境的CPU架构A1，并对CPU架构A1进行判断，对CPU架构A1的判断能够更好的将内存文件系统中的二进制文件、非二进制文件分离，更有助于后续的封装进Qverlay文件系统和Squashfs文件系统。
本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
实施例5：
本实施例在上述实施例1-4任一项基础上做进一步优化，在本实施例中，若grub_pc的值为其他架构（arm64、mips64el等），则选择其他架构的内核并加载，由于架构较多，这里没有将每一个架构单独列出分支。
本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。
实施例6：
本实施例在上述实施例1的基础上做进一步优化，在本实施例中，在本技术方案中，内存文件系统由两部分组成：通用的、存放非二进制文件的Squashfs文件系统；CPU架构相关、存放二进制文件的Overlay文件系统。通过两部分的组合挂载，实现最终的内存文件系统。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
实施例7：
本实施例在上述实施例1的基础上做进一步优化，在本实施例中，如果CPU架构A3为amd64架构，则加载amd64架构的overlay文件系统并进行overlay层的挂载，与squashfs文件系统合并为内存文件系统【overlay文件系统中为二进制文件，如果CPU架构A3为其他架构，则选择其他架构的内核并加载，由于架构较多，这里没有将每一个架构单独列出分支。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
实施例8：
本实施例在上述实施例1的基础上做进一步优化，在本实施例中，Squashfs文件系统与Overlay文件系统合并后的文件系统即为最终完整的内存文件系统，此时内存文件系统已可正常运行。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
实施例9：
本实施例在上述实施例1的基础上做进一步优化，在本实施例中，通过存储非二进制文件的Squashfs文件系统与存储二进制文件的Overlay文件系统的合并，实现内存文件系统对于多CPU架构的统一与兼容。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1.通过上电加载并执行UEFI固件程序；
步骤S2.根据UEFI固件程序执行EBC引导程序；
步骤S3.根据EBC引导程序加载引导配置文件系统；
步骤S4.根据引导配置文件系统获取当前环境的CPU架构A1；
步骤S5.根据所述CPU架构A1判断使用的架构内核A2并进行加载；
步骤S6.根据加载的架构内核A2加载通用的Squashfs内存文件系统，并对Squashfs内存文件系统进行挂载；
步骤S7.根据通用的Squashfs内存文件系统获取当前环境的CPU架构A3，并获取CPU架构A3的Overlay文件系统；
步骤S8.对Overlay文件系统进行加载和挂载，并将加载和挂载后的Overlay文件系统与通用的Squashfs内存文件系统进行合并，获取并运行最终的内存文件系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S2.1.将不同架构的UEFI程序反编译成C语言源代码；
步骤S2.2.消除C语言源代码中常量的运算，并添加针对不同架构定义的宏；
步骤S2.3.使用编译器将消除常量后的C语言源代码编译成EBC引导程序。
3.根据权利要求1所述的一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，其特征在于，所述步骤S3中配置文件系统包括引导启动内存文件系统的菜单选项，所述菜单选项包括内存文件系统和当前环境的架构内核。
4.根据权利要求3所述的一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，其特征在于，所述步骤S4包括：引导配置文件通过所述菜单选项中的grub_cpu环境变量获取当前环境的CPU架构A1，并对CPU架构A1进行判断。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，其特征在于，所述步骤S5包括：若grub_pc的值为amd64架构，选择amd64架构内核A2，并进行加载；若grub_pc的值不为amd64架构，选择对应的架构内核A2，并进行加载。
6.根据权利要求1所述的一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，其特征在于，所述步骤S6包括：根文件系统中的文件为非二进制文件。
7.根据权利要求1所述的一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，其特征在于，所述步骤S7包括：Squashfs文件系统通过内核参数或环境变量获取当前环境的CPU架构A3。
8.根据权利要求1所述的一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，其特征在于，所述步骤S8包括：根据获取的CPU架构A3，加载CPU架构A3对应Overlay文件系统，并进行Overlay层的挂载。
9.根据权利要求1所述的一种基于多CPU架构的内存文件系统启动方法，其特征在于，所述步骤S8还包括： 所述加载和挂载后的Overlay文件系统中的文件为二进制文件。
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