linux 内核启动Initramfs与initrd 及其挂载

目录

一、简介

1、initrd

2、initramfs

二、区别

1.内核配置

2.内核挂载文件系统的几种方式

3.initramfs文件系统挂载分析

三、initramfs解压缩和压缩

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一、简介

        下边说的Initramfs/initrd则是填充（仅仅是释放文件到rootfs根目录）/扩充（通过挂载其他文件系统类型到rootfs指定目录）rootfs的关键，以保证Linux系统的后续启动。
        另外一个好处是，这样配置可以将一些驱动编译成内核模块、从而减小内核img的开销。

1、initrd

        在早期的linux系统中，一般只有硬盘或者软盘被用来作为linux根文件系统的存储设备，因此也就很容易把这些设备的驱动程序集成到内核中。但是现在的嵌入式系统中可能将根文件系统保存到各种存储设备上，包括scsi、sata，u-disk等等。因此把这些设备的驱动代码全部编译到内核中显然就不是很方便。

        为了解决这一矛盾，于是出现了基于ramdisk的initrd( bootloader initialized RAM disk )。Initrd是一个被压缩过的小型根目录，这个目录中包含了启动阶段中必须的驱动模块，可执行文件和启动脚本。当系统启动的时候，bootloader会把initrd文件读到内存中，然后把initrd文件在内存中的起始地址和大小传递给内核。内核在启动初始化过程中会解压缩initrd文件，然后将解压后的initrd挂载为根目录，然后执行根目录中的/linuxrc脚本（cpio格式的initrd为/init,而image格式的initrd<也称老式块设备的initrd或传统的文件镜像格式的initrd>为/initrc），您就可以在这个脚本中加载realfs（真实文件系统）存放设备的驱动程序以及在/dev目录下建立必要的设备节点。这样，就可以mount真正的根目录，并切换到这个根目录中来。

2、initramfs

        在linux2.5中出现了initramfs，它的作用和initrd类似，只是和内核编译成一个文件(该initramfs是经过gzip压缩后的cpio格式的数据文件)，该cpio格式的文件被链接进了内核中特殊的数据段.init.ramfs上，其中全局变量__initramfs_start和__initramfs_end分别指向这个数据段的起始地址和结束地址。内核启动时会对.init.ramfs段中的数据进行解压，然后使用它作为临时的根文件系统。

二、区别

1.内核配置

make menuconfig

支持Initramfs的内核配置：
General setup->Initial RAM filesystem and RAM disk(initramfs/initrd) support
General setup->Initramfs source file(s)
填写根文件系统的具体路径，如：../out/target/product/tclm6/root
这时，根文件系统编入内核vmlinux\zImage\uImage。

支持initrd的内核配置（需要内核支持内存盘驱动）：
General setup->Initial RAM filesystem and RAM disk(initramfs/initrd) support
RamDisk内存盘驱动
Device Drivers->Block devices->RAM block device support
启动参数
Boot options->Default kernel command string
填写如下：mem=32M console=ttySAC0 root=/dev/ram initrd=0xc1000000,0x00600000 ramdisk_size=8192 rw

2.内核挂载文件系统的几种方式

①、initramfs : （内核+cpio包编译在一起然后一起进行内核压缩）
内核文件包含了的一个cpio归档文件，该归档文件可能被外部的一个cpio包替换，由initramfs里的/init 挂真实的根文件并启动init进程/sbin/init
initramfs和cpio-initrd的区别, initramfs是将cpio rootfs编译进内核一起压缩，而 cpio-initrd中cpio rootfs是不编译入内核，是外部的

②、initrd ： 分cpio-initrd和 image-initrd
cpio initrd (cpio包的gzip压缩文件)
内核将cpio initrd(由bootloader 将cpio initrd加载到内存) 释放到rootfs(/),结束内核对cpio initrd的操作
cpio initrd : bios->grub-kernel>cpio initrd(加载访问real rootfs的必备驱动等)->/init 脚本(加载real rootfs,并启动了init进程(/sbin/init))

image initrd (块设备 gzip压缩文件)
内核将image initrd 保存在rootfs(/) 下的initrd.image中， 并将其读入/dev/ram0中,根据root是否等于/dev/ram0做不同的处理
root != /dev/ram0
bios->grub->kernel->image initrd(加载访问real rootfs的必备驱动) -> /linuxrc 脚本(加载real rootfs),内核卸载/dev/ram0，释放initrd内存，最后内核启动init进程(/sbin/init)
root = /dev/ram0
bios->grub->kernel->image initrd 直接将/dev/ram0作为根文件系统, 内核启动init进程/sbin/init

③、普通块设备挂载方式 root = /dev/mtdxxx
noinitrd方式，mtd,ubi etc…直接在内核中(根据root=xxx)挂根,并有内核启动init进程/sbin/init

3.initramfs文件系统挂载分析

3.1、制作cpio包，不做gzip压缩
3.2、将rootfs.cpio和内核打在一起压缩，做成initramfs方式
相关内核选项
CONFIG_BLK_DEV_INITRD:
CONFIG_INITRAMFS_SOURCE rootfs.cpio
3.3、uboot下环境参数，不需要特别的参数
3.4、分析initramfs挂载(内核+cpio包编译在一起然后一起进行内核压缩的方式)

        3.4.1、boot loader 把内核(包含rootfs.cpio) 加载到内存中，并解压内核
        3.4.2、建立注册rootfs文件系统，并挂载到/下
        start_kernel（是真正的内容初始化入口函数，head.S只是为内核初始化准备环境，相当于可执行文件的main,第一个执行的C函数，从这里开始初始化各个Linux核心数据结构，比如：与体系结构相关的初始化、处理命令行参数、调度系统初始化、内存管理区初始化、伙伴系统/SLAB分配算法初始化、异常中断初始化、时钟初始化和控制台初始化）
        ->-vfs_caches_init
        —>mnt_init
        ---->init_rootfs
        ---->init_mount_tree

        3.4.3、将initrd-cpio释放到rootfs中
        kernel_init->kernel_init_freeable()—>do_basic_setup(); /执行驱动模块、
        do_do_initcalls->rootfs_initcall(populate_rootfs); init/initramfs.c /* 将initrd释放到rootfs中 */

        initramfs直接解压到rootfs中
char err = unpack_to_rootfs(__initramfs_start,__initramfs_end - __initramfs_start); / initramfs, 直接将cpio包编译进内核，一起做压缩 */

__initramfs_start/__initramfs_end 在内核编译的过程中生成,定义在vmlinux.lds.S
SECTIONS
{
#ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
. = ALIGN(32);
__initramfs_start = .;
usr/built-in.o(.init.ramfs)
__initramfs_end = .;
#endif
}
cat System.map | grep _initramfs
c0025b00 T __initramfs_start
c0442f00 T __initramfs_end

S3C2440内核启动时打印出来的值如下
__initramfs_end : 0xc0442f00
__initramfs_start ：0xc0025b00
0x41D400 = 4314112

        3.4.4 直接执行/init
注:initramfs以及cpio-initrd都不会走kernel_init --> prepare_namespace() --> initrd_load() /* image-initrd和普通块设备会走prepare_namespace */

三、initramfs解压缩和压缩

①、重命名为gz压缩文件

cp initramfs.img init.gz

②、解压文件

gunzip init.gz

③、查看文件类型

file init

④、创建目录

mkdir temp
cd temp

⑤、解压目录

cpio -ivdm -F ../init
或者
cpio -ivdm < ../init

⑥、压缩文件

find .|cpio -ov -H newc|gzip > ../init.gz