嵌入式 製作x86平台Linux跟檔案系統initrd.img__Linux

什麼是初始 RAM磁碟。

初始 RAM磁碟（initrd）是在實際根檔案系統可用之前掛載到系統中的一個初始根檔案系統。initrd與核心綁定在一起，並作為核心引導過程的一部分進行載入。核心然後會將這個 initrd檔案作為其兩階段引導過程的一部分來載入模組，這樣才能稍後使用真正的檔案系統，並掛載實際的根檔案系統。

initrd中包含了實現這個目標所需要的目錄和可執行程式的最小集合，例如將核心模組載入到核心中所使用的 insmod 工具。

在案頭或伺服器 Linux 系統中，initrd是一個臨時的檔案系統。其生存周期很短，只會用作到真實檔案系統的一個橋樑。在沒有存放裝置的嵌入式系統中，initrd是永久的根檔案系統。本文將對這兩種情況進行探索。

 

initrd剖析

initrd 映像中包含了支援 Linux 系統兩階段引導過程所需要的必要可執行程式和系統檔案。

根據我們啟動並執行 Linux 的版本不同，建立初始 RAM 磁碟的方法也可能會有所不同。在 Fedora Core 3之前，initrd 是使用 loop裝置 來構建的。loop裝置 是一個裝置驅動程式，利用它可以將檔案作為一個塊裝置掛載到系統中，然後就可以查看這個檔案系統中的內容了。在您的核心中可能並沒有loop 裝置，不過這可以通過核心組態工具（makemenuconfig）選擇 DeviceDrivers > Block Devices > Loopback DeviceSupport 來啟用。我們可以按照下面的方法來查看loop 裝置的內容（initrd 檔案的名字可能會稍有不同）：

清單 1. 查看 initrd 的內容（適用於FC3 之前的版本）

# mkdir temp ; cd temp# cp /boot/initrd.img.gz .# gunzip initrd.img.gz# mount -t ext2 -o loop initrd.img /mnt/initrd# ls -la /mnt/initrd#

 

現在我們就可以查看 /mnt/initrd 子目錄中的內容了，這就代表了 initrd 檔案的內容。注意，即使您的 initrd映像檔案不是以 .gz 結尾，它也可能是一個壓縮檔，您可以給這個檔案添加上 .gz 尾碼，然後再使用 gunzip對其進行解壓。

從 Fedora Core 3 開始，預設的 initrd 映像變成了一個經過壓縮的 cpio 歸檔檔案。我們不用再使用 loop裝置來將 initrd 作為壓縮映像進行掛載，而是可以將其作為 cpio 歸檔檔案來使用。要查看 cpio歸檔檔案的內容，可以使用下面的命令：

清單 2. 查看 initrd 的內容（適用於FC3 及其以後的版本）

# mkdir temp ; cd temp# cp /boot/initrd-2.6.14.2.img initrd-2.6.14.2.img.gz# gunzip initrd-2.6.14.2.img.gz# cpio -i --make-directories < initrd-2.6.14.2.img#

 

結果會產生一個很小的根檔案系統，如清單 3 所示。在 ./bin目錄中有一組很少但卻非常必要的應用程式，包括nash（即 not ashell，是一個指令碼解譯器）、insmod（用來載入核心模組）和 lvm（邏輯卷管理工具）。

清單 3. 預設的 Linux initrd目錄結構 

# ls -la#drwxr-xr-x 10 root root 4096 May 7 02:48 .drwxr-x--- 15 root root 4096 May 7 00:54 ..drwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 bindrwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 devdrwxr-xr-x 4 root root 4096 May 7 02:48 etc-rwxr-xr-x 1 root root 812 May 7 02:48 init-rw-r--r-- 1 root root 1723392 May 7 02:45 initrd-2.6.14.2.imgdrwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 libdrwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 loopfsdrwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 proclrwxrwxrwx 1 root root 3 May 7 02:48 sbin -> bindrwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 sysdrwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 sysroot#

 

清單 3 中比較有趣的是 init 檔案就在根目錄中。與傳統的 Linux 引導過程類似，這個檔案也是在將 initrd 映像解壓到RAM 磁碟中時被調用的。在本文稍後我們將來探索這個問題。

 

建立 initrd所使用的工具 cpio 命令 使用 cpio 命令，我們可以對cpio 檔案進行操作。cpio 是一種檔案格式，它簡單地使用檔案頭將一組檔案串接在一起。cpio 檔案格式可以使用 ASCII和二進位檔案。為了保證可移植性，我們可以使用 ASCII格式。為了減小檔案大小，我們可以使用二進位的版本。

下面讓我們回到最開始，來看一下 initrd 映像最初是如何構建的。對於傳統的 Linux 系統來說，initrd 映像是在Linux 構建過程中建立的。有很多工具，例如 mkinitrd，都可以用來使用必要的庫和模組自動構建initrd，從而用作與真實的根檔案系統之間的橋樑。mkinitrd 工具實際上就是一個 shell指令碼，因此我們可以看到它究竟是如何來實現這個結果的。還有一個 YAIRD（即Yet Another Mkinitrd）工具，可以對 initrd 構建過程的各個方面進行定製。

 

手工構建定製的初始 RAM磁碟

由於在很多基於 Linux 的嵌入式系統上沒有硬碟，因此 initrd 也會作為這種系統上的永久根檔案系統使用。清單 4顯示了如何建立一個 initrd 映像檔案。我使用了一個標準的 Linux案頭，這樣您即使沒有嵌入式平台，也可以按照下面的步驟來執行了。除了交叉編譯，其他概念（也適用於 initrd的構建）對於嵌入式平台都是相同的。

清單 4. 建立定製 initrd的工具（mkird） 

#!/bin/bash# Housekeeping...rm -f /tmp/ramdisk.imgrm -f /tmp/ramdisk.img.gz# Ramdisk ConstantsRDSIZE=4000BLKSIZE=1024# Create an empty ramdisk imagedd if=/dev/zero of=/tmp/ramdisk.img bs=$BLKSIZE count=$RDSIZE# Make it an ext2 mountable file system/sbin/mke2fs -F -m 0 -b $BLKSIZE /tmp/ramdisk.img $RDSIZE# Mount it so that we can populatemount /tmp/ramdisk.img /mnt/initrd -t ext2 -o loop=/dev/loop0# Populate the filesystem (subdirectories)mkdir /mnt/initrd/binmkdir /mnt/initrd/sysmkdir /mnt/initrd/devmkdir /mnt/initrd/proc# Grab busybox and create the symbolic linkspushd /mnt/initrd/bincp /usr/local/src/busybox-1.1.1/busybox .ln -s busybox ashln -s busybox mountln -s busybox echoln -s busybox lsln -s busybox catln -s busybox psln -s busybox dmesgln -s busybox sysctlpopd# Grab the necessary dev filescp -a /dev/console /mnt/initrd/devcp -a /dev/ramdisk /mnt/initrd/devcp -a /dev/ram0 /mnt/initrd/devcp -a /dev/null /mnt/initrd/devcp -a /dev/tty1 /mnt/initrd/devcp -a /dev/tty2 /mnt/initrd/dev# Equate sbin with binpushd /mnt/initrdln -s bin sbinpopd# Create the init filecat >> /mnt/initrd/linuxrc << EOF#!/bin/ashechoecho "Simple initrd is active"echomount -t proc /proc /procmount -t sysfs none /sys/bin/ash --loginEOFchmod +x /mnt/initrd/linuxrc# Finish up...umount /mnt/initrdgzip -9 /tmp/ramdisk.imgcp /tmp/ramdisk.img.gz /boot/ramdisk.img.gz

 

      為了建立 initrd，我們最開始建立了一個空檔案，這使用了 /dev/zero（一個由零組成的碼流）作為輸入，並將其寫入到ramdisk.img 檔案中。所產生的檔案大小是 4MB（4000 個 1K 大小的塊）。然後使用 mke2fs 命令在這個空檔案上建立了一個 ext2（即second extended）檔案系統。現在這個檔案變成了一個 ext2 格式的檔案系統，我們使用 loop 裝置將這個檔案掛載到/mnt/initrd 上了。在這個掛載點上，我們現在就有了一個目錄，它以 ext2 檔案系統的形式呈現出來，我們可以對自己的initrd 檔案進行拼裝了。接下來的指令碼提供了這種功能。下一個步驟是建立構成根檔案系統所需要的子目錄：/bin、/sys、/dev和 /proc。這裡只列出了所需要的目錄（例如沒有庫），但是其中包含了很多功能。

 

     為了可以使用根檔案系統，我們使用了 BusyBox。這個工具是一個單一映像，其中包含了很多在 Linux系統上通常可以找到的工具（例如 ash、awk、sed、insmod 等）。BusyBox的優點是它將很多工具打包成一個檔案，同時還可以共用它們的通用元素，這樣可以極大地減少映像檔案的大小。這對於嵌入式系統來說非常理想。將BusyBox 映像從自己的來源目錄中拷貝到自己根目錄下的 /bin 目錄中。然後建立了很多符號連結，它們都指向 BusyBox工具。BusyBox 會判斷所調用的是哪個工具，並執行這個工具的功能。我們在這個目錄中建立了幾個連結來支援 init指令碼（每個命令都是一個指向 BusyBox 的連結。）

下一個步驟是建立幾個特殊的裝置檔案。我從自己當前的 /dev 子目錄中直接拷貝了這些檔案，這使用了 -a 選項（歸檔）來保留它們的屬性。

     倒數第二個步驟是產生 linuxrc 檔案。在核心掛載 RAM 磁碟之後，它會尋找 init 檔案來執行。如果沒有找到init 檔案，核心就會調用linuxrc 檔案作為自己的啟動指令碼。我們在這個檔案中實現對環境的基本設定，例如掛載 /proc 檔案系統。除了 /proc之外，我還掛載了 /sys 檔案系統，並向終端列印一條訊息。最後，我們調用了ash（一個 Bourne Shell的複製），這樣就可以與根檔案系統進行互動了。linuxrc 檔案然後使用 chmod 命令修改成可執行檔。

最後，我們的根檔案系統就完成了。我們將其卸載掉，然後使用 gzip 對其進行壓縮。所產生的檔案（ramdisk.img.gz）被拷貝到/boot 子目錄中，這樣就可以通過 GNU GRUB 對其進行載入了。

要構建初始 RAM 磁碟，我們可以簡單地調用 mkird，這樣就會自動建立這個映像檔案，並將其拷貝到/boot 目錄中。