关于Linux内核vmlinuz、initrd.img和System.map

一.vmlinuz

vmlinuz是可引导的、压缩的内核。“vm”代表 “Virtual Memory”。Linux 支持虚拟内存,不像老的操作系统比如DOS有640KB内存的限制。Linux能够使用硬盘空间作为虚拟内存,因此得名“vm”。vmlinuz是可执行的Linux内核,它位于/boot/vmlinuz,它一般是一个软链接。

  • vmlinuz的建立有两种方式

    (1).编译内核时通过“make zImage”创建,然后通过下面代码产生:
    cp /usr/src/linux-2.4/arch/i386/linux/boot/zImage /boot/vmlinuz
    zImage适用于小内核的情况,它的存在是为了向后的兼容性。

    (2).内核编译时通过命令make bzImage创建,然后通过下面代码产生:
    cp /usr/src/linux-2.4/arch/i386/linux/boot/bzImage /boot/vmlinuz
    bzImage是压缩的内核映像,需要注意,bzImage不是用bzip2压缩的,bzImage中的bz容易引起误解,bz表示“big zImage”。 bzImage中的b是“big”意思。

    • Notice 1
      zImage(vmlinuz)和bzImage(vmlinuz)都是用gzip压缩的。它们不仅是一个压缩文件,而且在这两个文件的开头部分内嵌有gzip解压缩代码。所以你不能用gunzip 或 gzip –dc解包vmlinuz。
    • Notice 2
      内核文件中包含一个微型的gzip用于解压缩内核并引导它。两者的不同之处在于,老的zImage解压缩内核到低端内存(第一个640K), bzImage解压缩内核到高端内存(1M以上)。如果内核比较小,那么可以采用zImage 或bzImage之一,两种方式引导的系统运行时是相同的。大的内核采用bzImage,不能采用zImage。
    • Notice 3
      vmlinux是未压缩的内核,vmlinuz是vmlinux的压缩文件。
      例如:vmlinux-2.4.20-8是未压缩内核,vmlinuz-2.4.20-8是vmlinux-2.4.20-8的压缩文件。

二.initrd.img

转自:http://blog.csdn.net/chrisniu1984/article/details/3907874

对我个人而言,学习一个系统的最好的方法就是随着其启动运行的过程一点一点跟进(就好象看一个程序的源码要从main函数或者说从入口函数开始步步跟进)。当然具体的学习过程重点不是找到入口点就OK的。中间还有很多技巧,比如什么时候这个应该跳过一个实现什么时候应该跟进等。这个具体方法就一言难尽了,我也不再多少说了。不多说的两个简单原因:1、正如我开始说的,这个方法也许只适合我。 2、并不是本篇文章的重点。
我前面那么多废话只是想带出我聊聊的的 initrd.img文件,因为它就是系统启动会加载的文件。

一般来讲大家很容易理解的是这样的:系统内核 vmlinuz被加载到内存后开始提供底层支持,在内核的支持下各种模块,服务等被加载运行。这样当然是大家最容易接受的方式,曾经的linux就是这样的运行的。假设你的硬盘是scsi 接口而你的内核又不支持这种接口时,你的内核就没有办法访问硬盘,当然也没法加载硬盘上的文件系统,怎么办?好办!把内核加入scsi驱动源码然后重新编译出一个新的内核文件替换原来vmlinuz。

需要改变标准内核默认提供支持的例子还有很多,如果每次都需要编译内核就太麻烦了。所以后来的linux就提供了一个灵活的方法来解决这些问题—initrd.img

ininrd.img是什么呢?initrd (initialized ramdisk)是用一部分内存模拟成磁盘,让操作系统访问。举个例子,不知道你用过没用过win pe他的衍生版比较有名的就是“深山红叶系统修复光盘”。当使用win pe 启动后会发现你的计算机就算没有硬盘也能在正常运行,其中有个文件系统B:/ 分区,这个分区就是内存模拟的磁盘。

  • 直白一点,initrd就是一个带有根文件系统的虚拟RAM盘,里面包含了根目录‘/’,以及其他的目录,比如:bin,dev,proc,sbin,sys等linux启动时必须的目录,以及在bin目录下加入了一下必须的可执行命令。
  • PC或者服务器linux内核使用这个initrd来挂载真正的根文件系统,然后将此initrd从内存中卸掉,这种情况下initrd其实就是一个过渡使用的东西。在现在的许多简单嵌入式linux中一般是不卸载这个initrd的,而是直接将其作为根文件系统使用,在这之前就需要把所需要的程序,命令还有其它文件都安装到这个文件系统中。其实现在的大多数嵌入式系统也是有自己的磁盘的,所以,initrd在现在大多数的嵌入式系统中也和一般的linux中的作用一样只是起过渡使用。
  • Initrd的引导过程:‘第二阶段引导程序’,常用的是grub将内核解压缩并拷贝到内存中,然后内核接管了CPU开始执行,然后内核调用init()函数,注意,此init函数并不是后来的init进程!!!然后内核调用函数 initrd_load()来在内存中加载initrd根文件系统。Initrd_load()函数又调用了一些其他的函数来为RAM磁盘分配空间,并计算CRC等操作。然后对RAM磁盘进行解压,并将其加载到内存中。现在,内存中就有了initrd的映象。
  • 然后内核会调用mount_root()函数来创建真正的根分区文件系统,然后调用sys_mount()函数来加载真正的根文件系统,然后chdir到这个真正的根文件系统中。
  • 最后,init函数调用run_init_process函数,利用execve来启动init进程,从而进入 init的运行过程。

initrd.img文件就是个ramdisk的映像文件(其实是压缩过的,后面会解释)。ram disk是标准内核文件认识的设备(/dev/ram0)文件系统也是标准内核认识的文件系统。内核加载这个ram disk作为根文件系统并开始执行其中的”某个文件”(2.6内核是 init文件)来加载各种模块(支持scsi的驱动就可以放在这里),服务等(这时然后系统就更强大了)。经过一些配置和运行后,就可以去物理磁盘加载真正的root分区了,然后又是一些配置等,最后启动成功。

也就是你只需要定制适合自己的 initrd.img 文件就可以了。这要比重编内核简单多了,省时省事低风险。内核启动过程中具体执行了initrd.img 内的哪些文件和顺序不在本文讨论,下面只讲讲你怎样才能看到 initrd.img的内容。

这个方法是对kernel-2.5之后的版本适用的。因为这之前的initrd.img和之后的格式是不同的。这之后的版本一般被称为cpio-initrd。 initrd.img 是个gz压缩文件,initrd.img改名为initrd.gz能用windows下的winrar或linux下的gunzip解压,解压后会得到一个initrd文件。这个文件就是cpio格式的文件,只能在linux下用cpio命令解压(我没找到在windows下能解药cpio格式的工具,如果你找到了告诉我一下,谢谢) ,执行cpio -i < initrd

这篇只是简单的说了说 initrd.img 的作用,也许有表述的不严谨的地方,还请大家多多指教。

三.System.map

内核符号映射表,顾名思义就是将内核中的符号(也就是内核中的函数)和它的地址能联系起来的一个列表。是所有符号及其对应地址的一个列表。之所以这样就使为了用户编程方便,直接使用函数符号就可以了,而不用去记要使用函数的地址。当你编译一个新内核时,原来的System.map中的符号信息就不正确了。随着每次内核的编译,就会产生一个新的 System.map文件,并且需要用该文件取代原来的文件

System.map是一个特定内核的内核符号表。它是你当前运行的内核的System.map的链接。

内核符号表是怎么创建的呢? System.map是由“nm vmlinux”产生并且不相关的符号被滤出。

/proc/ksyms是一个“proc file”,在内核引导时创建。实际上,它并不真正的是一个文件,它只不过是内核数据的表示,却给人们是一个磁盘文件的假象,这从它的文件大小是0可以看出来。然而,System.map是存在于你的文件系统上的实际文件。

当你编译一个新内核时,各个符号名的地址要发生变化,你的老的System.map具有的是错误的符号信息。每次内核编译时产生一个新的 System.map,你应当用新的System.map来取代老的System.map。

虽然内核本身并不真正使用System.map,但其它程序比如klogd,lsof和ps等软件需要一个正确的System.map。如果你使用错误的或没有System.map,klogd的输出将是不可靠的,这对于排除程序故障会带来困难。没有System.map,你可能会面临一些令人烦恼的提示信息。

另外少数驱动需要System.map来解析符号,没有为你当前运行的特定内核创建的System.map它们就不能正常工作。

Linux的内核日志守护进程klogd为了执行名称-地址解析,klogd需要使用System.map。System.map应当放在使用它的软件能够找到它的地方。执行:manklogd可知,如果没有将System.map作为一个变量的位置给klogd,那么它将按照下面的顺序,在三个地方查找 System.map:
/boot/System.map
/System.map
/usr/src/linux/System.map

System.map也有版本信息,klogd能够智能地查找正确的映象(map)文件。

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