精通initramfs构建step by stepWord格式.docx
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（十一）klibc
截至到目前，我们都是基于busybox来构建initramfs。
还有一种广泛使用的initramfs构建方式是使用klibc软件包，包括一个小巧的C库和常用命令和工具。
Debian的initramfs构建工具就综合应用了busybox、udev、klibc。
（十二）大结局－测试一下
到现在为止，我们已经掌握了initramfs的构建方法，该到大结局了。
在大结局里，读者可应用前面step中介绍的方法，尝试分析一下Debian的initramfs，看看是否已精通了initramfs的构建方法。
一、initramfs是什么
在2.6版本的linux内核中，都包含一个压缩过的cpio格式的打包文件。
当内核启动时，会从这个打包文件中导出文件到内核的rootfs文件系统，然后内核检查rootfs中是否包含有init文件，如果有则执行它，作为PID为1的第一个进程。
这个init进程负责启动系统后续的工作，包括定位、挂载“真正的”根文件系统设备（如果有的话）。
如果内核没有在rootfs中找到init文件，则内核会按以前版本的方式定位、挂载根分区，然后执行/sbin/init程序完成系统的后续初始化工作。
这个压缩过的cpio格式的打包文件就是initramfs。
编译2.6版本的linux内核时，编译系统总会创建initramfs，然后把它与编译好的内核连接在一起。
内核源代码树中的usr目录就是专门用于构建内核中的initramfs的，其中的initramfs_data.cpio.gz文件就是initramfs。
缺省情况下，initramfs是空的，X86架构下的文件大小是134个字节。
二、构建第一个initramfs：
helloworld
从C语言开始，学习计算机编程语言的第一个程序几乎都是helloworld，因此我们也构建一个最简单的helloworld式的initramfs，以说明initramfs的基本构建方法。
initramfs的灵魂是init文件（或者叫程序，因为它会被内核第一个执行），我们先写一个简单的init程序，它会在内核的console中打印出经典的helloworld信息。
hello.c：
#include<
stdio.h>
unistd.h>
intmain（intargc,charargv[]）
{
printf（"
helloworld,frominitramfs.\n"
）;
sleep（9999999）;
return0;
}
其中的sleep（）函数语句是为了避免执行时内核很快打出panic的信息，并非功能上的需要。
接着把hello.c编译成静态连接程序：
gcc-ohello_static-static-shello.c
命令行中的-s参数表示编译后的程序不包含调试定位信息，目的是减少编译出来的程序文件的大小。
再创建一个initramfs的构建源文件目录image，把hello_static程序拷入这个目录，并改名为init。
在image目录下，创建一个dev/console的设备文件，否init程序无法在内核console中输出信息：
mknod-m600dev/consolec51
注意，执行这个命令需要有root权限。
好了，现在可以设置内核配置参数，进行initramfs的构建了：
在generalsetup配置目录下的initramfssources配置项下输入image的路径名，比如我的路径就是/home/wyk/initramfs-test/image。
因为我们的init程序是ELF格式的，所以内核需要支持ELF的可执行文件，否则启动这个init程序会失败。
在内核的Executablefileformats配置目录下，选择kernelsupportforELFbinaries，则可使内核支持ELF格式的可执行文件。
其他内核配置参数根据实际需要设置即可，不过，为了减少内核编译时间，可参考这篇文章
内核配置参数设置完成后，按常规的内核编译方法进行编译，initramfs就自动连接到编译好的内核映像文件中了。
三、试验环境搭建
试验initramfs需要经常重启系统，所以使用CPU模拟器是不错的选择。
我们可以选用qemu，它支持直接启动linux内核，无需在模拟器中安装OS。
从方便使用的角度考虑，我们采用qemulauncher设置qemu的各项参数，它的安装可参考
在qemulauncher的linux配置标签中，打勾直接启动linux，然后在下面的文本框中填上刚才编译好的内核映像文件的路径名。
因为qemu的运行还需要设置硬盘映像文件，所以还需要在左边的配置标签中新建一个硬盘映像文件，但实际上我们并不使用硬盘。
配置好qemu的参数后，点击launcher按钮，内核就开始在qemu中运行了。
内核输出一堆内核运行信息后，最后打出了
helloworld,frominitramfs.
哈哈，我们构建的initramfs已经能够正常工作了！
四、什么是rootfs和ramfs
所有的2.6版本linux内核都有一个特殊的文件系统rootfs，是内核启动的初始始根文件系统，initramfs的文件会复制到rootfs。
如果把initramfs比作种子，那么rootfs就是它生长的土壤。
大部分linux系统正常运行后都会安装另外的文件系统，然后忽略rootfs。
rootfs是ramfs文件系统的一个特殊实例。
ramfs是一种非常简单的文件系统，是基于内存的文件系统。
ramfs文件系统没有容量大小的限制，它可以根据需要动态增加容量。
ramfs直接利用了内核的磁盘高速缓存机制。
所有的文件的读写数据都会在内存中做高速缓存（cache），当系统再次使用文件数据时，可以直接从内存中读写，以提供系统的I/O性能。
高速缓存中的写入数据会在适当的时候回写到对应的文件系统设备（如磁盘等）中，这时它的状态就标识为clean，这样系统在必要时可以释放掉这些内存。
ramfs没有对应文件系统设备，所以它的数据永远都不会回写回去，也就不会标识为clean，因此系统也永远不会释放ramfs所占用的内存。
因为ramfs直接使用了内核已有的磁盘高速缓存机制，所以它的实现代码非常小。
也由于这个原因，ramfs特性不能通过内核配置参数删除，它是内核的天然特性。
五、ramfs不是ramdisk
ramdisk是在一块内存区域中创建的块设备，用于存放文件系统。
ramdisk的容量是固定的，不能象ramfs一样动态增长。
ramdisk需要内核的文件系统驱动程序（如ext2）来操作其上的数据，而ramfs则是内核的天然特性，无需额外的驱动程序。
ramdisk也象其他文件系统设备一样，需要在块设备和内存中的磁盘高速缓存之间复制数据，而这种数据复制实际不必要的。
六、从ramfs派生的文件系统tmpfs
ramfs的一个缺点是它可能不停的动态增长直到耗尽系统的全部内存，所以只有root或授权用户允许使用ramfs。
为了解决这个问题，从ramfs派生出了tmpfs文件系统，增加了容量大小的限制，而且允许把数据写入交换分区。
由于增加了这两个特性，所以tmpfs允许普通用户使用。
关于tmpfs文件系统更多的信息，可以看内核源码中的Documentation/filesystems/tmpfs.txt文档。
综上所述，initramfs是一种ramfs文件系统，在内核启动完成后把它复制到rootfs中，作为内核初始的根文件系统，它的任务是挂载系统真正的根文件系统。
这就是initramfs的前世今生。
七、什么是busybox
busybox号称是嵌入式Linux中的瑞士军刀——小巧、功能齐全。
它把许多常用的Linux命令都集成到一个单一的可执行程序中，只用这一个可执行程序（即busybox）加上Linux内核就可以构建一个基本的Linux系统。
busybox程序非常小巧，包含全部命令可执行文件大小也只有750多K。
busybox是完全模块化的，可以很容易地在编译时增加、删除其中包含的命令。
由于busybox的这些特点，它广泛应用于LiveCD、应急修复盘、安装盘等系统中。
我们也是以它为基础，构建initramfs。
八、busybox的配置、编译和安装
（1）去去下载最新的源码，解压展开。
（2）用
makemenuconfig
命令启动配置界面配置，配置busybox的特性、选择要包含在busybox的命令（busybox称为applet）；
也可以用
makedefconfig
命令做缺省配置，包含全部的applet。
另外两个配置命令是
makeallyesconfig——最大配置
makeallnoconfig——最小配置
它们和makedefconfig命令都可以用来作为自定义配置的初始配置，然后再用makemenuconfing命令做定制化配置。
为了简单，我们用makedefconfig做缺省配置。
（3）用
make
命令编译busybox软件。
（4）用
makeCONFIG_PREFIX=<
安装目录>
install
命令安装。
如果在命令行中省略CONFIG_PREFIX变量的赋值，则会安装缺省值./_install目录下。
CONFIG_PREFIX可以在makemenuconfig的配置界面中修改。
我们用makeCONFIG_PREFIX=~/initramfs-test/image命令把busybox安装到initramfs的构建目录中。
（5）缺省配置下，busybox动态链接到glibc，所以要把它用到的动态库复制到initramfs的构建目录中。
用ldd命令查看busybox用到了哪些动态库文件及相应的文件路径，然后把它们复制到相应的目录下即可。
我们编译的busybox需要向image/lib目录下复制
ld-linux.so.2
libc.so.6
libcrypt.so.1
libm.so.6
动态库文件。
九、在image下创建必要的目录和设备文件
（1）在imgae目录下创建
proc，sys，etc，mnt
四个目录
（2）helloworld已经创建了console设备文件，我们再用
mknod-m600dev/nullc13
命令创建另一个基本的设备文件。
十、试验一下
busybox的构建和准备工作做完了，我们试验一下吧：
在image目录下以root用户权限——
（1）用
mount-vtprocproc=proc
mount-vtsysfssysfs=sys
命令安装内核虚拟文件系统
mount-v-obind/devdev
命令绑定/dev的设备文件到image/dev
chroot./bin/sh
命令进入busybox的环境。
出现shell的命令提示符，可以试着输入几个命令，看看执行结果。
例如，输入fdisk-l命令看看是否能显示硬盘的分区。
十一、自动生成/dev下的设备文件
上节用chroot方法试验busybox时，为了简单，是用“绑定”的方式把主机的/dev中的设备文件映射到image目录下的dev目录。
在initramfs上，这种方法显然不能使用。
生成系统的设备文件，现在通常都是用udev动态生成，而initramfs为了做到通用，动态生成的要求是必须的。
在busybox中有一个mdev命令，就是用来动态生成设备文件，填充到/dev目录的。
在系统启动时，用
mdev-s
命令可以根据内核的sysfs文件系统在/dev目录中自动生成相应的设备文件。
命令执行前，需要先挂载内核的proc和sysfs虚拟文件系统。
十二、初始身手
解决了自动生成设备文件的问题后，我们可以试着做一个最简单的可运行的linux系统了：
（1）在image目录下写一个最简单的init脚本。
#!
/bin/sh
mount-tprocproc/proc
mount-tsysfssysfs/sys
（2）为init脚本设置可执行权限，否则内核不会去执行它。
chmod+xinit
（3）有些busybox配置中，mdev命令需要读取/etc/mdev.conf文件，为了避免出错信息，我们创建一个空文件。
mdev.conf文件是用来控制mdev生成的设备文件的读写权限的，在这里我们不需要对设备文件设置特别的权限，就使用mdev缺省的660的权限设置。
有关mdev的设备文件权限的控制详细信息，可参考busybox源码树docs目录下的mdev.txt文件。
touchetc/mdev.conf
（4）在内核源码目录下，执行
命令，重新编译内核，生成新的initramfs。
好了，在QEMU模拟环境下启动这个新的内核，系统初始化后，会进入SHELL环境。
在这个SHELL环境下，试验一些常用命令，看看是否可以正常运行。
十三、can'
taccesstty
上一步创建的简单linux系统在进入SHELL环境时，会打出下面这一句出错信息：
/bin/sh:
can'
taccesstty;
jobcontrolloff
虽然不影响使用，但终究不够完美。
产生这个错误的原因是我们的SHELL是直接运行在内核的console上的，而console是不能提供控制终端（terminal）功能的，所以必须把SHELL运行在tty设备上，才能消除这个错误。
解决问题的办法是使用正规init机制，在执行SHELL前打开tty设备。
另外，这个简单系统的reboot、halt等命令是不起作用的，也必须通过init方式解决。
十四、busybox的缺省init模式
busybox支持init功能，当系统没有/etc/inittab文件时，它有一套缺省的模式，按下面配置执行：
:
sysinit:
/etc/init.d/rcS
askfirst:
ctrlaltdel:
/sbin/reboot
shutdown:
/sbin/swapoff-a
/bin/umount-a-r
restart:
/sbin/init
如果busybox检测到/dev/console不是串口控制台，init还要执行下面的动作：
tty2:
tty3:
tty4:
我们试试这种模式是否可以解决我们的问题。
（1）写/etc/init.d/rcS脚本
这个脚本实际是要执行系统的初始化操作。
我们把前面的init脚本改造一下，将最后的/bin/sh命令删除，然后移到etc/init.d目录下，改名为rcS。
（2）initramfs不需要linuxrc，而且如果没有init文件，内核就不认为它是一个有效的initramfs，因而不安装它，导致内核panic。
于是，我们在image目录下，把busybox安装的linuxrc改名为init：
mvlinuxrcinit
（3）重新编译内核，生成新的initramfs
（4）用QEMU试验一下新编译的内核。
系统启动后，会打出一句话“pleasepressEntertoactivethisconsole”——感觉还不错。
但是按下回车键后，系统依然会打出错误信息“-/bin/sh:
can'
jobcontrolloff”。
用tty命令看看当前的终端设备文件名：
#tty
/dev/console
它还是console，不是tty设备，所以问题没有解决。
不过，reboot和halt命令倒是可以正常工作了。
经过验证，busybox的缺省init模式无法满足我们的要求，我们还是要写inittab，定制自己的init初始化流程。
十五、busybox的inittab文件格式说明
要写自己的inittab，需要理解busybox的inittab文件格式。
busybox的inittab文件与通常的inittab不同，它没有runlevel的概念，语句功能上也有限制。
inittab语句的标准格式是
<
id>
runlevels>
action>
process>
各字段的含义如下
id字段与通常的inittab中的含义不同，它代表的是这个语句中process执行所在的tty设备，内容就是/dev目录中tty设备的文件名。
由于是运行process的tty设备的文件名，所以也不能象通常的inittab那样要求每条语句id的值唯一。
busybox不支持runlevel，所以此字段完全被忽略。
为下列这些值之一：
sysinit,respawn,askfirst,wait,once,restart,ctrlaltdel,shutdown
其含义与通常的inittab的定义相同。
特别提一下askfirst，它的含义与respawn相同，只是在运行process前，会打出一句话“pleasepressEntertoactivethisconsole”，然后等用户在终端上敲入回车键后才运行process。
：
指定要运行的process的命令行。
十六、写minilinux的inittab
理解了busybox的inittab格式，我们就可以写minilinux的inittab：
tty1:
tty5:
tty6:
把这个文件放到image的etc目录下。
为了执行reboot命令时避免提示找不到/etc/fstab文件，我们再在etc目录下创建一个空文件：
touchfstab
做好了这些，就可以重新编译内核，生成新的initramfs了。
在QEMU试验环境下验证新生成的minilinux，系统运行正常，而且象通常的linux系统一样，用ALT＋F1～F6键可以在6个终端间切换。
由于minilinux系统不需要登录，所以用askfirst的方式来模拟登录，用户敲回车键后，init进程才会启动shell。
十七、配置内核支持initrd
到目前为止，我们的initramfs都由内核编译系统生成的，并链接到内核中。
首先配置内核使用单独的initrd：
在DeviceDriver/Blockdevice/配置目录下，选择RAMfilesystemandRAMdisk（initramfs/initrd）support配置项；
再到GeneralSetup配置目录项下，将initramfssourcefile（s）配置项原有的内容清空。
然后把内核源码树的usr目录下已由内核编译生成的initramfs文件initramfs_data.cpio.gz拷贝到~/initramfs-test目录下，我们先直接用这个文件试验一下initrd方式的initramfs的效果。
最后，执行make命令重新编译内核后，在QEMU试验环境中，把initrd配置框（linux
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