Linux26内核的Initrd机制解析Word文件下载.docx

1、3. 制作 Linux usb 启动盘必须使用 initrdusb 设备是启动比较慢的设备，从驱动加载到设备真正可用大概需要几秒钟时间。如果将 usb 驱动编译进内核，内核通常不能成功访问 usb 设备中的文件系统。因为在内核访问 usb 设备时， usb 设备通常没有初始化完毕。所以常规的做法是，在 initrd 中加载 usb 驱动，然后休眠几秒中，等待 usb设备初始化完毕后再挂载 usb 设备中的文件系统。4. 在 linuxrc 脚本中可以很方便地启用个性化 bootsplash。Linux2.4内核对 Initrd 的处理流程为 了使读者清晰的了解Linux2.6内核initrd机

2、制的变化，在重点介绍Linux2.6内核initrd之前，先对linux2.4内核的 initrd进行一个简单的介绍。Linux2.4内核的initrd的格式是文件系统镜像文件，本文将其称为image-initrd，以区别后面介绍 的linux2.6内核的cpio格式的initrd。 linux2.4内核对initrd的处理流程如下：1. boot loader把内核以及/dev/initrd的内容加载到内存，/dev/initrd是由boot loader初始化的设备，存储着initrd。2. 在内核初始化过程中，内核把 /dev/initrd 设备的内容解压缩并拷贝到 /dev/ram0

3、设备上。3. 内核以可读写的方式把 /dev/ram0 设备挂载为原始的根文件系统。4. 如果 /dev/ram0 被指定为真正的根文件系统，那么内核跳至最后一步正常启动。5. 执行 initrd 上的 /linuxrc 文件，linuxrc 通常是一个脚本文件，负责加载内核访问根文件系统必须的驱动， 以及加载根文件系统。6. /linuxrc 执行完毕，真正的根文件系统被挂载。7. 如果真正的根文件系统存在 /initrd 目录，那么 /dev/ram0 将从 / 移动到 /initrd。否则如果 /initrd 目录不存在， /dev/ram0 将被卸载。8. 在真正的根文件系统上进行正常

4、启动过程 ，执行 /sbin/init。 linux2.4 内核的 initrd 的执行是作为内核启动的一个中间阶段，也就是说 initrd 的 /linuxrc 执行以后，内核会继续执行初始化代码，我们后面会看到这是 linux2.4 内核同 2.6 内核的 initrd 处理流程的一个显著区别。3Linux2.6 内核对 Initrd 的处理流程linux2.6 内核支持两种格式的 initrd，一种是前面第 3 部分介绍的 linux2.4 内核那种传统格式的文件系统镜像image-initrd，它的制作方法同 Linux2.4 内核的 initrd 一样，其核心文件就是 /linuxr

5、c。另外一种格式的 initrd 是 cpio 格式的，这种格式的 initrd 从 linux2.5 起开始引入，使用 cpio 工具生成，其核心文件不再是 /linuxrc，而是 /init，本文将这种 initrd 称为 cpio-initrd。尽管 linux2.6 内核对 cpio-initrd和 image-initrd 这两种格式的 initrd 均支持，但对其处理流程有着显著的区别，下面分别介绍 linux2.6 内核对这两种 initrd 的处理流程。cpio-initrd 的处理流程1 boot loader 把内核以及 initrd 文件加载到内存的特定位置。2 内核判断

6、initrd的文件格式，如果是cpio格式。3 将initrd的内容释放到rootfs中。4 执行initrd中的/init文件，执行到这一点，内核的工作全部结束，完全交给/init文件处理。image-initrd的处理流程1 boot loader把内核以及initrd文件加载到内存的特定位置。2 内核判断initrd的文件格式，如果不是cpio格式，将其作为image-initrd处理。3 内核将initrd的内容保存在rootfs下的/initrd.image文件中。4 内核将/initrd.image的内容读入/dev/ram0设备中，也就是读入了一个内存盘中。5 接着内核以可读写的

7、方式把/dev/ram0设备挂载为原始的根文件系统。6 .如果/dev/ram0被指定为真正的根文件系统，那么内核跳至最后一步正常启动。7 执行initrd上的/linuxrc文件，linuxrc通常是一个脚本文件，负责加载内核访问根文件系统必须的驱动， 以及加载根文件系统。8 /linuxrc执行完毕，常规根文件系统被挂载9 如果常规根文件系统存在/initrd目录，那么/dev/ram0将从/移动到/initrd。否则如果/initrd目录不存在， /dev/ram0将被卸载。10 在常规根文件系统上进行正常启动过程 ，执行/sbin/init。通 过上面的流程介绍可知，Linux2.6内

8、核对image-initrd的处理流程同linux2.4内核相比并没有显著的变化， cpio-initrd的处理流程相比于image-initrd的处理流程却有很大的区别，流程非常简单，在后面的源代码分析中，读者更能体会到处理的 简捷。4cpio-initrd同image-initrd的区别与优势没有找到正式的关于cpio-initrd同image-initrd对比的文献，根据笔者的使用体验以及内核代码的分析，总结出如下三方面的区别，这些区别也正是cpio-initrd的优势所在：cpio-initrd的制作方法更加简单cpio-initrd的制作非常简单，通过两个命令就可以完成整个制作过程#

9、假设当前目录位于准备好的initrd文件系统的根目录下bash# find . | cpio -c -o ./initrd.imgbash# gzip ./initrd.img而传统initrd的制作过程比较繁琐，需要如下六个步骤bash# dd if=/dev/zero of=./initrd.img bs=512k count=5bash# mkfs.ext2 -F -m0 ./initrd.imgbash# mount -t ext2 -o loop ./initrd.img /mntbash# cp -r * /mntbash# umount /mntbash# gzip -9 ./i

10、nitrd.img本文不对上面命令的含义作细节的解释，因为本文主要介绍的是linux内核对initrd的处理，对上面命令不理解的读者可以参考相关文档。cpio-initrd的内核处理流程更加简化通过上面initrd处理流程的介绍，cpio-initrd的处理流程显得格外简单，通过对比可知cpio-initrd的处理流程在如下两个方面得到了简化：1 cpio-initrd并没有使用额外的ramdisk,而是将其内容输入到rootfs中，其实rootfs本身也是一个基于内存的文件系统。这样就省掉了ramdisk的挂载、卸载等步骤。2 cpio-initrd启动完/init进程，内核的任务就结束了，

11、剩下的工作完全交给/init处理；而对于image-initrd，内核在执行完 /linuxrc进程后，还要进行一些收尾工作，并且要负责执行真正的根文件系统的/sbin/init。通过图1可以更加清晰的看出处理流程的区别：图1内核对cpio-initrd和image-initrd处理流程示意图cpio-initrd的职责更加重要如 图1所示，cpio-initrd不再象image-initrd那样作为linux内核启动的一个中间步骤，而是作为内核启动的终点，内核将控制权交给 cpio-initrd的/init文件后，内核的任务就结束了，所以在/init文件中，我们可以做更多的工作，而不比担心同

12、内核后续处理的衔接问题。 当然目前linux发行版的cpio-initrd的/init文件的内容还没有本质的改变，但是相信initrd职责的增加一定是一个趋势。5linux2.6内核initrd处理的源代码分析上 面简要介绍了Linux2.4内核和2.6内核的initrd的处理流程，为了使读者对于Linux2.6内核的initrd的处理有一个更加深入的认 识，下面将对Linuxe2.6内核初始化部分同initrd密切相关的代码给予一个比较细致的分析，为了讲述方便，进一步明确几个代码分析中使用的概 念：rootfs: 一个基于内存的文件系统，是linux在初始化时加载的第一个文件系统,关于它的进

13、一步介绍可以参考文献4。initramfs: initramfs同本文的主题关系不是很大，但是代码中涉及到了initramfs，为了更好的理解代码，这里对其进行简单的介绍。Initramfs 是在 kernel 2.5中引入的技术，实际上它的含义就是：在内核镜像中附加一个cpio包，这个cpio包中包含了一个小型的文件系统，当内核启动时，内核将这个 cpio包解开，并且将其中包含的文件系统释放到rootfs中，内核中的一部分初始化代码会放到这个文件系统中，作为用户层进程来执行。这样带来的明显 的好处是精简了内核的初始化代码，而且使得内核的初始化过程更容易定制。Linux 2.6.12内核的 i

14、nitramfs还没有什么实质性的东西，一个包含完整功能的initramfs的实现可能还需要一个缓慢的过程。对于initramfs的进一步了解 可以参考文献123。cpio-initrd: 前面已经定义过，指linux2.6内核使用的cpio格式的initrd。image-initrd: 前面已经定义过，专指传统的文件镜像格式的initrd。realfs: 用户最终使用的真正的文件系统。内 核的初始化代码位于 init/main.c 中的 static int init（void * unused）函数中。同initrd的处理相关部分函数调用层次如下图，笔者按照这个层次对每一个函数都给予了比较

15、详细的分析，为了更好的说明，下面列 出的代码中删除了同本文主题不相关的部分：图2 initrd相关代码的调用层次关系图init函数是内核所有初始化代码的入口，代码如下，其中只保留了同initrd相关部分的代码。static int init（void * unused）1 populate_rootfs（）; 2 if （sys_access（const char _user *） /init, 0） = 0） execute_command = ; else prepare_namespace（）;3 if （sys_open（const char _user *） /dev/console

16、, O_RDWR, 0） = 0） sys_write（fd, （char *）initrd_start, initrd_end - initrd_start）; sys_close（fd）;加载initramfs， initramfs位于地址_initramfs_start处，是内核在编译过程中生成的，initramfs的是作为内核的一部分而存在的，不是 boot loader加载的。前面提到了现在initramfs没有任何实质内容。判断是否加载了initrd。无论哪种格式的initrd，都会被boot loader加载到地址initrd_start处。判断加载的是不是cpio-initrd

17、。实际上 unpack_to_rootfs有两个功能一个是释放cpio包，另一个就是判断是不是cpio包， 这是通过最后一个参数来区分的， 0：释放 1：查看。代码4：如果是cpio-initrd则将其内容释放出来到rootfs中。代码5：如果不是cpio-initrd,则认为是一个image-initrd，将其内容保存到/initrd.image中。在后面的image-initrd的处理代码中会读取/initrd.image。对image-initrd的处理 在prepare_namespace函数里，包含了对image-initrd进行处理的代码，相关代码如下：void _init pre

18、pare_namespace（void）1 if （initrd_load（） goto out;out: umount_devfs（/dev2 sys_mount（., /, NULL, MS_MOVE, NULL）; sys_chroot（ security_sb_post_mountroot（）; mount_devfs_fs （）;执行initrd_load函数，将initrd载入，如果载入成功的话initrd_load函数会将realfs的根设置为当前目录。将当前目录即realfs的根mount为Linux VFS的根。initrd_load函数执行完后，将真正的文件系统的根设置为当

19、前目录。initrd_load函数负责载入image-initrd，代码如下：int _init initrd_load（void）1 if （mount_initrd） create_dev（/dev/ram, Root_RAM0, NULL）;2 if （rd_load_image（） & ROOT_DEV != Root_RAM0） sys_unlink（ handle_initrd（）; return 1; sys_unlink（ return 0;如果加载initrd则建立一个ram0设备 /dev/ram。代 码2：/initrd.image文件保存的就是image-initrd，

20、rd_load_image函数执行具体的加载操作，将image- nitrd的文件内容释放到ram0里。判断ROOT_DEV!=Root_RAM0的含义是，如果你在grub或者lilo里配置了 root=/dev/ram0 ,则实际上真正的根设备就是initrd了，所以就不把它作为initrd处理 ，而是作为realfs处理。handle_initrd（）函数负责对initrd进行具体的处理，代码如下： static void _init handle_initrd（void）1 real_root_dev = new_encode_dev（ROOT_DEV）;2 create_dev（/de

21、v/root.old mount_block_root（, root_mountflags & MS_RDONLY）;3 sys_mkdir（/old, 0700）; root_fd = sys_open（, 0, 0）; old_fd = sys_open（ /* move initrd over / and chdir/chroot in initrd root */4 sys_chdir（/root sys_mount（ sys_chroot（ mount_devfs_fs （）;5 pid = kernel_thread（do_linuxrc, /linuxrc, SIGCHLD）; if （pid 0） while （pid != sys_wait4（-1, &i, 0, NULL） yield（）; /* move initrd to rootfs /old */ sys_fchdir（old_fd）; /* switch root and cwd back to / of rootfs */6 sys_fchdir（root_fd）; sys_close（old_fd）; sys_close（root_fd