定制自己的Linux时，Ramdisk、Initrd及根系统的制作

Linux 中的 Ramdisk 与 Initrd

Ramdisk 简介

 

先简单介绍一下 ramdisk ， Ramdisk 是虚拟于 RAM 中的盘 (Disk) 。对于用户来说，可以把 RAM disk 与通常的硬盘分区（如 /dev/hda1 ）同等对待来使用，例如：

redice # mkfs.ext2 /dev/ram0mke2fs 1.38 (30-Jun-2005)Filesystem label=OS type: LinuxBlock size=1024(log=0)Fragment size=1024 (log=0)2048 inodes, 8192 blocks409 blocks (4.99%) reserved for the super user First data block=11 block group8192 blocks per group, 8192 fragments per group2048 inodes per group. Writing inode tables: doneWriting superblocks and filesystem accounting information: done. This filesystem will be automatically checked every 24 mounts or180 days, whichever comes first. Use tune2fs -c or -i to override.

redice # mount /dev/ram0 /mnt/rdredice # ls /mnt/rdlost+foundredice

# mount/dev/hda2 on / type ext3proc on /proc type proc (rw)/dev/ram0 on /tmp/xxx type ext2 (rw)

 

当然， Ramdisk 与硬盘分区有其不同的地方，例如 RAM disk 不适合作为长期保存文件的介质，掉电后 Ramdisk 的内容会随内存内容的消失而消失。 Ramdisk 的其中一个优势是它的读写速度高，可以被用作需要高速读写的文件。但在 2.6 版本后， Ramdisk 的这一作用开始被 tmpfs(Virtual memory file system support) 取代。

回到上面的例子，我们格式化了一个 ramdisk(/dev/ram0) 并且将其 mount 到 /mnt/rd 目录下，那么这个 Ramdisk 有多大呢？先看一下：

redice # df -h /dev/ram2Filesystem

容量    已用 可用 已用 % 挂载点 /dev/ram0

7.8M   1.0K   7.4M    1% /mnt/rd

 

从上面的信息看出， ramdisk 有大约 7.8M 的可用空间。我们再试一下另外的文件系统，重新格式化成 minix 分区并挂接试一下：

redice # umount /mnt/rdredice # mkfs.minix /dev/ram02752 inodes8192

blocksFirstdatazone=90 (90)

Zonesize=1024Maxsize=268966912

redice # mount /dev/ram0 /mnt/rdredice # df -h /dev/ram0Filesystem

容量    已用 可用 已用 % 挂载点 /dev/ram0

  8.0M   1.0K   8.0M    1% /mnt/rd

 

现在看出来了，的确是 8M （这同时说明， EXT2 文件系统本身要占用一定的存储空间，相比之下 minix 文件系统要少些），这个空间是在编译核心时就确定下来了，在配置 Ramdisk 时，有一个叫 Default RAM disk size 的参数决定默认情况下 Ramdisk 的大小。可以通过核心命令行参数 (ramdisk_size) 来改变这个值，例如要设置 Ramdisk 的大小为 16M ，在 grub 中可以用：

# grub.conf -default=0timeout=10splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gztitle

Redice Linuxroot (hd0,0)

kernel /vmlinuz ro root=LABEL=/ hdc=ide-scsi ramdisk_size=16384

initrd /initrd

 

这样， Ramdisk 的大小就变成 16M 了。这个参数是 Ramdisk 直接编译到核心时才能使用的，如果 Ramdisk 编译为模块，则应该使用模块参数来设置 Ramdisk 的大小 :

redice # insmod rd rd_size=16384

 

  编译到核心时，可以通过下面的一些核心命令行参数来配置 Ramdisk:

ramdisk_size - ramdisk 的大小 (Kbytes) ；

ramdisk - 与 ramdisk_size 的作用相同；

ramdisk_blocksize - ramdisk 的块大小，默认情况为 1024 ；

 

当以模块的形式译时，模块支持以下几个加载参数：

rd_size - 同上面的 ramdisk_size 或 ramdisk 参数；

rd_blocksize - 同上面的 ramdisk_blocksize ；

 

 

initrd 概述

上面已经提到， Ramdisk 需要先格式化然后理能使用。那么，如果核心希望使用 ramdisk 该如何做呢？于是 initrd 产生了， initrd 全称是 initial RAM disk ，它提供一种让核心可以简单使用 Ramdisk 的能力，简单的说，这些能力包括：

格式化一个 Ramdisk ；

加载文件系统内容到 Ramdisk ；

将 Ramdisk 作为根文件系统；

我们可以将 initrd 形像的比作 Norton Ghost 备

份的硬盘分区，而 Linux 启动阶段的 Ramdisk 相当于一个未格式化的硬盘分区，核心可以直接将 initrd 的内容释放到一个未初始化的

Ramdisk 里，这个过程与 Ghost 恢复一个分区的过程十分相似。于是，相应的内容被加载到相应的 Ramdisk 中，同时，这个 Ramdisk 也被格

式化成某种由 initrd 格式所表达的分区格式。

 

initrd 与 Ghost 备份的分区有许多相似之处，例如，它有一定的大小，包含分区上的文件系统格式等。 initrd 支持的格式包括：

Ext2 文件系统；

Romfs 文件系统；

cramfs 文件系统；

minix 文件系统；

 

如果核心选择了 Gzip 支持（通常这是默认的，在 init/do_mounts_rd.c 中定义的 BUILD_CRAMDISK 宏）还可以使用 Gzip 压缩的 initrd 。相关的代码可以在核心源码 drivers/block/rd.c:identify_ramdisk_image 中找到。

1) 传统方法制作 initrd

制作 initrd 传统的作法是通过软盘（显然过时了，不介绍了）、 ramdisk 或 loop 设备（ /dev/loop) 。通过 ramdisk 来制作的方法比较简单 ( 以 ext2 文件系统为例 ) ：

redice # mkfs.ext2 /dev/ram0redice

# mount /dev/ram0 /mnt/rdredice

# cp _what_you_like_   /mnt/rd

# 把需要的文件复制过去 redice # dd if=/dev/ram0 of=/tmp/initrdredice

# gzip -9 /tmp/initrd

 

这个过程也最能够解释 initrd 的本质，对于 Linux 来说， Ramdisk 的一个块设备，而

initrd 是这个块设备上所有内容的“克隆”（由命令 dd 来完成）而生成的文件。核心中加载 initrd 相关的代码则用于完成将相反的过程，即将这一个文件恢复到 Ramdisk 中去。

 

2) 通过 loop 设备来制作 initrd 的过程：

redice # dd if=/dev/zero of=/tmp/initrd bs=1024 count=4096 # 制作一个 4M 的空白文件

redice # losetup /dev/loop0 /tmp/initrd

# 映射到 loop 设备上； redice # mkfs.ext2 /dev/loop0

# 创建文件系统； redice # mount /dev/loop0 /mnt/rdredice # cp _what_you_like_ /mnt/rd

# 复制需要的文件； redice # umount /mnt/rdredice # losetup -d /dev/loop0redice

# gzip -9 /tmp/initrd

不过，现在已经有了一些更好的工具来完成这些工作，包括 genromfs （ uClinux 里常用的工具）， genext2fs ， mkcramfs 等。这些工具提供了一些方便开发的新特性，例如，不需要上面烦索的过程，只要将文件复制到某个目录中，将其作为根目录，即可生成 initrd ；另一个重要的改进是，这些工具都可以以普通用户的身份来生成 initrd 。

 

文档

l   Linux 文档中关于 ramdisk 的介绍，核心目录里 Documentation/ramdisk.txt;

l   Linux 文档中关于 initrd 的介绍，核心目录 Documentation/initrd.txt;

l   Linux 文档中关于 tmpfs 的介绍，核心目录 Documentation/filesystems/tmpfs.txt;

l   How to use a Ramdisk for Linux ；

资源

l   genromfs - genromfs is a space-efficient, small, read-only filesystem originally for Linux and used by some Linux based projects.

l   genext2fs - Simply, it generates an ext2 filesystem as a normal (i.e. non-root) user. It doesn't require you to mount the image file to copy files on it. It doesn't even require you to be the superuser to make device nodes or set group/user ids.

l   cramfs - cramfs is a Linux filesystem designed to be simple, small, and to compress things well. It is used on a number of embedded systems and small devices.

 

使用 ram disk 初始化（ initrd ）

 

initrd 提供了在 boot loader 下加载 ram disk 的方法。该 ram disk 可以被作为根文件系统挂载进来，里面的程序也可以运行。然后，新的根文件系统可以从其他设备挂载。之前的根（来自 initrd ）可以被转移到一个目录然后被卸载。

initrd 主要设计用来使系统启动于两个条件，一个是内核来自于非常小的驱动器，一个是额外的模块需要从 initrd 中加载。

本文给出 initrd 的概要描述，更具体的可以参考 [1] 。

操作

当使用 initrd, 典型的系统启动顺序如下：

1. boot loader 加载内核并初始化 ram disk

2. 内核把 initrd 转化成正常的 ram disk 并释放 initrd 使用的内存

3. initrd 作为 root 被挂载，赋予读写权限。

4. /linuxrc 被执行（这可以是任何可执行文件，如脚本，运行在 uid 0, 可以做任何初始化）。

5. linuxrc 挂载真正的根文件系统

6. linuxrc 使用 pivot_root 系统调用把根文件系统放在根目录。

7. 正常的启动序列（ /sbin/init ）在根文件系统上执行。

8. initrd 文件系统被移去。

注意，改变根目录不牵扯卸载它。挂载在 initrd 的文件系统仍然可以被访问。

 

启动命令选项， initrd 添加了如下新的选项：

initrd=<path> (e.g. LOADLIN) ：加载特定的文件作为初始的 ram disk 。当使用 lilo, 你应该在 /etc/lilo.conf 中指定 ram disk 镜像文件位置，使用 INITRD 变量。

noinitrd ： initrd 数据被保留却不转化成 ram disk ，正常的根文件系统被加载。 initrd 的数据可以 从 /dev/initrd 中读取。注意，在 initrd 中的数据可以是任意结构的，不一定要是文件系统镜像。该选项多用于调试。

注意： /dev/initrd 是只读的，而且只能被使用一次。只要最后一个进程关闭它，所有的数据将会释放掉，而 /dev/initrd 将不再被打开。

root=/dev/ram0 (without devfs)

root=/dev/rd/0 (with devfs)

initrd 作为根文件系统被挂载，随后正常的启动顺序中， ram disk 仍然作为 root 。

 

安装

首先，用于 initrd 文件系统的目录在根文件系统上被创建：

＃ mkdir /initrd

名字不是很重要。更多的可以参考 pivot_root(2) 的 man 。

在启动过程中，如果根文件系统被创建（如果你有软盘启动），那么根文件系统应该创建 /initrd 目录。

如果 initrd 没有被挂载，他里面的内容仍然可以被访问，通过以下的方法（注意，这在使用 devfs 时不可用）：

# mknod /dev/initrd b 1 250

# chmod 400 /dev/initrd

 

第二步，内核编译的时候必须支持 ram disk 并启动 ram disk 使能。所有从 initrd 中执行的程序必须被编译到内核中。

第三步，你必须创建 ram disk 镜像。这可以通过在块设备上创建文件系统实现，把所需的文件拷贝，然后把文件拷贝到 initrd 文件。根据最新的内核，至少三种设备可以用：

ü   软盘（慢，却随处可用）

ü   ram disk （快，需要物理内存）

ü   loopback device （最高档）

我将介绍 loopback device 方法：（保证 loopback device 被内核支持）

1 ）创建一个空的文件系统，拥有合适的大小：

# dd if=/dev/zero of=initrd bs=300k count=1

# mke2fs -F -m0 initrd

如果空间不多，你可以用 minix fs 而不是 ext2

2 ）挂载文件系统

# mount -t ext2 -o loop initrd /mnt

3 ）创建控制台设备（如果用 devfs ，就没必要）

# mkdir /mnt/dev

# mknod /mnt/dev/console c 5 1

拷贝 initrd 环境需要的所有文件。不要忘掉最重要的文件 /linuxrc 。注意， /linuxrc 必须有执行权限。

正确的 initrd 环境可以不用重启就可以通过命令行测试：

# chroot /mnt /linuxrc

4 ）卸载文件系统

# umount /mnt

5 ）现在 initrd 被保存在 initrd 文件中。还可以压缩他。

# gzip -9 initrd

为了试验 initrd ，你可以创建一个急救盘，只需创建 /linuxrc 到 /bin/sh 的符号链接。

你还可以试着把 initrd 更小。

6 ）最后，你要启动内核并加载 initrd. 几乎所有的 boot loader 都支持 initrd.

虽然启动进程兼容老的机制，下面的启动命令行还是得给出：

root=/dev/ram0 init=/linuxrc rw

如果不使用 devfs. 或者

root=/dev/rd/0 init=/linuxrc rw

如果使用 devfs. 使用 LOADLIN, 只要执行

LOADLIN <kernel> initrd=<disk_image>

e.g. LOADLIN C:/LINUX/BZIMAGE initrd=C:/LINUX/INITRD.GZ root=/dev/ram0

init=/linuxrc rw

使用 LILO ，你添加选项 INITRD=<path> 到 /etc/lilo.conf 中，使用 APPEDN 命令即可。

image = /bzImage

initrd = /boot/initrd.gz

append = "root=/dev/ram0 init=/linuxrc rw"

然后运行 /sbin/lilo 。

对于其他的启动程序，请参考相应的文档。现在你可以启动并享受使用 initrd 的乐趣了。

（感谢作者）