fs、ramdisk、ramfs、tmpfs、initramfs和rootfs

看了一些关于Linux根文件系统、initramfs的帖子和文档，这里写一下自己的理解。

1、文件系统fs

什么是文件系统，我自己的理解就是数据的组织结构。要理解一个概念，首先应该知道为什么会\提出这个东西，它是为了解决什么问题的。比如说一个文本文件，我们通常看到的可能是里面的一句“hello world”的内容，但是当我们需要保存或者读取这个文件的时候，就需要考虑这个文件的名字该怎么保存，文件的大小又该怎么保存，我怎么知道到哪里才是这个文件的结束等等。文件系统可以有序地把这些数据组织起来，这就是我理解的文件系统。

2、文件系统、块设备与ramdisk

文件系统是一个软件上面的概念，数据一般是保存在物理设备上的，如硬盘、Flash等块设备。我简单地理解为用户文件->文件系统->物理设备这样三层的结构。

文件系统的格式常见的有ext2、yaffs2等。至于ramdisk，就是用内存模拟了一个块设备，这个模拟的“块设备”是需要一个文件系统来组织数据的。我们创建一个ramdisk以后需要把它格式化为ext2或者其他文件系统格式，跟硬盘类似。ramdisk主要用于2.4版本的内核上，目前已经慢慢被淘汰。

3、ramfs和tmpfs

        说到ramdisk，为什么它会被淘汰呢？是因为它会浪费内存、内存带宽以及CPU时间。Linux系统本身有一个缓冲的机制(disk caching mechanisms)，它会把块设备的数据进行缓冲（其实就是复制到内存中），那么ramdisk也算是一个块设备，所以它所保存的数据也会被缓冲。换而言之，一份数据可能会同时存在于缓冲区以及ramdisk中（实际上都在内存中），这样会涉及到数据在缓冲区以及ramdisk之间的拷贝问题，所以才会存在浪费内存、内存带宽以及CPU时间的问题。

所以伟大的Linux又创造了ramfs。

        刚才说到，文件系统需要把数据保存到对应的物理设备上，Linux称这个对应的物理设备叫做backing store。那么ramfs是没有backing store的，所以就不存在ramdisk的数据拷贝问题了。ramfs是基于Linux disk caching mechanisms，所以你也可以理解为用户文件->ramfs文件系统格式->Linux disk caching mechanisms这样三层的结构（这个说法并不正确，只是便于理解）。

    有了ramfs以后怎么又蹦出来一个tmpfs呢？

    tmpfs跟ramfs其实很类似，但比ramfs多了两个特性，一是tmpfs有大小的限制；二是tmpfs可以把暂时不用的东西回写到swap分区。

ramfs是没有大小限制的，可以一直写直到内存被塞满。另外，由于没有backing store，一些不常用的数据不能回写，只能一直占用内存，内存管理系统无法对这部分的内存进行回收，导致内存有效使用率比较低。所以针对这些问题，才有了tmpfs的改进。

4、根文件系统rootfs

    什么是Linux的rootfs，我的理解是rootfs=特定的文件夹(文件)+tmpfs+disk caching mechanisms这样三层的结构。把dev、etc、home等等这些Linux运行所必须的文件夹(文件、设备节点)，按照tmpfs文件系统格式的要求组织好以后，保存在disk caching内存中的这一整个东西就是我理解的根文件系统。

5、rootfs和initramfs

kernel运行时的rootfs是在内存中的，那么未运行前rootfs可能是保存在Flash、SCSI甚至是网络中的。如果要kernel适应所有的这些情况，那么kernel本身就需要集成很多的驱动。考虑一种情况，你的电脑启动的时候需要读取SCSI中的一副图片显示在屏幕上，但等半天都没有读取完，屏幕一片黑，这样不友好的启动过程肯定被产品经理杀死千百遍啊！所以为了简化kernel，同时提高启动的速度，于是有了initramfs。

那么initramfs又是个什么鬼？initramfs是一个cpio格式的包，可以类比为一个tar包。这里注意了，initramfs并不按照任何文件系统的格式组织数据！

刚才我把运行时的根文件系统理解为rootfs=特定的文件夹(dev、etc、home等)+tmpfs+disk caching mechanisms三个部分，那么initramfs可以理解为initramfs=特定的文件夹(文件)，把这些文件夹按照cpio格式打包就是initramfs了，里面并不包含tmpfs文件系统的东西。作为对比，initramfs的前世initrd就是包含了文件系统的。所以可以理解为initrd=特定的文件夹(dev、etc、home等)+文件系统(ext2或其他)。所以initrd是需要加载到ramdisk中，而不是tmpfs。

编译kernel的时候，这个initramfs是以一个cpio包的形式被包裹到kernel的镜像中的。当kernel启动的时候，把initramfs解开，把里面的文件夹(文件)复制到一个tmpfs格式的分区中，那么就可以把这个分区作为根文件系统了！当然你可以事先在initramfs中放一副图片作为显示logo，这样就可以给用户一个友好的开机过程了。

以上全是个人理解，可能与实际会有偏差，仅供参考。

最后推荐几个文档：

https://www.kernel.org/doc/Documentation/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt

http://wiki.sourcemage.org/HowTo%282f%29Initramfs.html

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-k26initrd/

http://blog.linux.org.tw/~jserv/archives/001954.html

特别是ramfs-rootfs-initramfs.txt，这个就是kernel中关于ramfs、tmpfs、initramfs和rootfs最最权威的说明了。