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Initramfs 原理和实践

Linux系统启动时使用initramfs (initram file system), initramfs可以在启动早期提供一个用户态环境,借助它可以完成一些内核在启动阶段不易完成的工作。当然initramfs是可选的,Linux中的内核编译选项默认开启initrd。在下面的示例情况中你可能要考虑用initramfs。

加载模块,比如第三方driver定制化启动过程 (比如打印welcome message等)制作一个非常小的rescue shell任何kernel不能做的,但在用户态可以做的 (比如执行某些命令)

一个initramfs至少要包含一个文件,文件名为/init。内核将这个文件执行起来的进程作为main init进程(pid 1)。当内核挂载initramfs后,文件系统的根分区还没有被mount, 这意味着你不能访问文件系统中的任何文件。如果你需要一个shell,必须把shell打包到initramfs中,如果你需要一个简单的工具,比如ls, 你也必须把它和它依赖的库或者模块打包到initramfs中。总之,initramfas是一个完全独立运行的体系。

 

另外initramfs打包的时候,要求打包成压缩的cpio档案。cpio档案可以嵌入到内核image中,也可以作为一个独立的文件在启动的过程中被GRUB load。

 

Linux的initramrd img

在/boot目录下的initrd.img-xxx (Ubuntu)或者initramfs-xxx.img (CentOS) 文件即为Linux用的initramfs文件。我们可以将其解压出来看看其目录结构,如下:

# ls -l /boot/total 67408-rw-r--r-- 1 root root 1240067 Jul 13 2016 abi-4.4.0-31-generic-rw-r--r-- 1 root root 1247269 Aug 15 2017 abi-4.4.0-93-generic-rw-r--r-- 1 root root 189566 Jul 13 2016 config-4.4.0-31-generic-rw-r--r-- 1 root root 190364 Aug 15 2017 config-4.4.0-93-genericdrwxr-xr-x 5 root root 4096 Jul 4 17:23 grub-rw-r--r-- 1 root root 21977388 Aug 24 2017 initrd.img-4.4.0-31-generic-rw-r--r-- 1 root root 22440248 Aug 24 2017 initrd.img-4.4.0-93-generic-rw------- 1 root root 3879360 Jul 13 2016 System.map-4.4.0-31-generic-rw------- 1 root root 3899015 Aug 15 2017 System.map-4.4.0-93-generic-rw------- 1 root root 6937248 Jul 13 2016 vmlinuz-4.4.0-31-generic-rw------- 1 root root 7000752 Aug 15 2017 vmlinuz-4.4.0-93-generic# initrd的文件类型是gzip压缩文件# file /boot/initrd.img-4.4.0-93-generic/boot/initrd.img-4.4.0-93-generic: gzip compressed data, from Unix, last modified: Thu Aug 24 20:51:59 2017# cp /boot/initrd.img-4.4.0-93-generic .# 文件大小为22M# ls -lh initrd.img-4.4.0-93-generic-rw-r--r-- 1 root root 22M Jul 5 15:46 initrd.img-4.4.0-93-generic# 修改文件的后缀名,否则gzip工具无法识别# mv initrd.img-4.4.0-93-generic initrd.img-4.4.0-93-generic.gz# 用gzip解压缩# gzip -d initrd.img-4.4.0-93-generic.gz# 解压后的大小为57M# ls -lh initrd.img-4.4.0-93-generic-rw-r--r-- 1 root root 57M Jul 5 15:46 initrd.img-4.4.0-93-generic# 解压后的文件类型为cpio档案# file initrd.img-4.4.0-93-genericinitrd.img-4.4.0-93-generic: ASCII cpio archive (SVR4 with no CRC)# 将文件从cpio档案中copy出来# cpio -idmv < initrd.img-4.4.0-93-generic.lib64lib64/ld-linux-x86-64.so.2...lib/systemdlib/systemd/systemd-udevd115997 blocks# 最终可以看到如下文件和目录结构,就是initramrd的结构# lsbin conf etc init initrd.img-4.4.0-93-generic lib lib64 run sbin scripts

可以看到initramfs和跟分区文件系统的雏形很像,只是它的大小不大,少了很多工具和库。有些内核模块就在其中,比如:/lib/modules/4.4.0-93-generic/kernel/。

 

qemu中启动"Hello World" initramfs

在前文“在qemu环境中用gdb调试Linux内核”中,已经准备了一个Linux启动环境,但是缺少initramfs。我们可以做一个最简单的Hello World initramfs,来直观地理解initramfs。

Hello World的C程序如下,与普通的Hello World相比,加了一行while(1)。

#include <stdio.h>void main(){ printf("Hello World"); fflush(stdout); /* 让程序打印完后继续维持在用户态 */ while(1);}

欢迎阅读本文章: 金师傅

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