initramfs 最全解释与制作

先提几个问题：

0、什么是 initrd 和 initramfs？

概述
现代Linux系统都使用到了一种功能比较特殊的微型系统，作为Linux内核初始化完成但未进入最终系统时的过渡系统，主要的目的是为了将最终系统载入到根文件系统上，辅助内核启动最终系统，可以称之为“辅助系统”。

辅助系统的作用
通常，主流的Linux发行版都会把内核中一些非必要且可以编译成模块的核心功能，如SATA、SCSI等设备的驱动程序，以内核模块的方式来提供。考虑这样一个场景，如果Linux系统是安装在如SATA磁盘上，那么就需要加载SATA磁盘的驱动程序来挂载磁盘上的根文件系统，但SATA的驱动程序又是放在磁盘的文件系统上，因此通过把SATA的驱动程序放到辅助系统中，就可以灵活解决这个问题。

辅助系统实现
辅助系统存放方式目前有两种：
Initrd
Initial RAM Disk，使用传统的内存磁盘方式存放辅助系统，现在基本已经不使用这种方式了，但很多Linux发行版在/boot目录也还在继续使用Initrd这个名字；
Initramfs
Initial RAM Filesystem，使用比较现代的内存文件系统方式存放辅助系统，也是当下主流的使用方式。

Initrd
Initrd采用RAM Disk来存储辅助系统，RAM Disk模拟块设备操作，Linux内核启动过程将辅助系统的镜像文件还原到RAM Disk设备上，在RAM Disk设备上使用辅助系统必须采用文件系统，必须将镜像文件格式化Linux内核支持的文件系统，在该文件系统中存放辅助系统。
将镜像文件还原到RAM Disk设备上时需要注意RAM Disk设备的大小，镜像文件还原后的文件系统占用空间必须小于等于RAM Disk设备的空间，否则会出现还原错误。
启动器将该镜像文件从磁盘上读取并存放到内存某个特定位置上，再由Linux内核在启动过程中从内存特定位置中将镜像文件还原到RAM Disk上，默认还原的RAM Disk设备文件名为/dev/ram0，然后按照Initrd的方式启动辅助系统。
Linux内核将Initrd中的辅助系统视为过渡系统，在辅助系统执行完成后，Linux内核重新获得控制权，继续执行根文件系统中的“最终系统”。

Initramfs
Initramfs采用内存文件系统存储“辅助系统”。与Initrd方式不同，Initramfs中的系统在Linux内核中被视为“最终系统”，定义为“辅助系统”是从制作该系统目的而言的，Linux内核将辅助系统文件还原到根文件系统，内核执行该系统后就不再接管执行控制权了，执行的控制都由该系统完成。

启动流程：

采用“Initrd”时Linux内核的启动过程
辅助系统文件采用“Initrd”时，内核将root参数指定设备对应的编号保存在内核的内部变量“real-root-dev”中，如果内核未能探测到root指定的设备，“real-root-dev”中将保存为“0”。
内核将“Initrd”文件还原到/dev/ram0设备上，运行其中根目录下的linuxrc文件，等待该文件的执行结束，linuxrc文件执行结束后推出并返回到内核继续执行。内核再次获得执行权后将检查“real-root-dev”中的取值，根据取值作不同处理:

real-root-dev为“0”，将提示无法挂载“0:0”设备而出错，无法继续启动；
real-root-dev的值与“/dev/ram0”的设备号相同时，内核认为“最终系统”已经准备就绪不再处理，直接运行当前根文件系统中/sbin/init命令；
real-root-dev的值不是“/dev/ram0”的设备号时，内核会认为需要挂载设备到根文件系统，按照“real-root-dev”对应的设备号挂载设备到根文件系统，并运行根文件系统中/sbin/init命令，如果内核无法挂载该设备将提示错误并启动失败。
采用“Initramfs”时Linux内核的启动过程
内核探测“Initramfs”后将会把文件解压还原到根文件系统中，形成一个微型系统，并认为该系统就是“最终系统”而直接运行其中的/sbin/init命令，内核完成启动过程。

1、initrd 和 initramfs 有什么区别？
linux 初始化会执行 init 进程，而 init 进程 会初始化 根文件系统(rootfs)，但由于 init 进程也在 rootfs 中，这里出现一个先有鸡还是现有蛋的问题； **kernel 2.6 以前：**所以我们需要创造一个临时的文件系统环境（initrd.img），init 进程在 initrd.img 创造的文件系统里面运行起来，然后 init 进程去挂载真正的 根文件系统
**kernel 2.6 以后：**实现方式发生改变，完成功能一致。采用 initramfs: init ram filesystem，它是一个 cpio 的内存文件格式，制作方式有两种，mkinitrd、cpio 手动压缩制作，制作出来后，grub 里写上 initramfs 的路径，填入在 initrd 后面，一般指定都是 iso 目录下面的路径（/images/pxeboot/initrd.img）

2、放在 initramfs 的 ko 会先加载，还是 /lib/modules/ 下面的 ko 会先加载？
我们都知道 initramfs 是系统启动时加载，其中的 lib/modules 中包含必要的设备驱动（磁盘、网卡、文件系统等）及运行环境C库/动态库链接器等， 先启动一个临时系统，然后会再 switchroot 时加载，用的是initramfs 相关驱动，在 switchroot 后，用的是硬盘上的非必须驱动，有些 ko 虽然放到 initramfs 中，但是 switchroot 前不加载的话，用的还是硬盘上的，关键看 ko 加载时机

参考：
boot 启动流程：
http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/02/booting.html

initrd 制作和详解：
http://xstarcd.github.io/wiki/Linux/ShengRuLiJie_linux_2.6_initramfs.html
http://xstarcd.github.io/wiki/Linux/initramfs.html