initramfs-kernel_ubuntu initramfs

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/total67408

-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-generic

drwxr-xr-x 5 root root 4096 Jul 4 17:23grub-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-generic

initrd.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

.

lib64

lib64/ld-linux-x86-64.so.2…

lib/systemd

lib/systemd/systemd-udevd115997blocks

# 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环境中使用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

voidmain()

{

printf(“Hello World\n”);

fflush(stdout);/*让程序打印完后继续维持在用户态 */

while(1);

}

编译helloworld.c程序

# gcc -static -o helloworld -m32 helloworld.c

-static: On systems that support dynamic linking, this prevents linking with the shared libraries. //不让gcc动态链接shared libraries

-m32: Generate code for a 32-bit or 64-bit environment //在前文“在QEMU环境中使用GDB调试Linux内核”中Linux内核被编译成了32位架构，所以这里在gcc的选项中也编译成32位可执行程序

在64位机器上编译成32位程序，可能会报错如下：

In file included from /usr/include/stdio.h:27:0,

from helloworld.c:2:

/usr/include/features.h:374:25: fatal error: sys/cdefs.h: No such file or directory

# include

^

compilation terminated.

解决方案是安装libc6-dev-i386包。

# apt-get install libc6-dev-i386

打包initramfs文件

# echo helloworld | cpio -o –format=newc > hwinitramfs

在qemu中启动编译好的内核，把hwinitramfs指定为initrd，在-append参数中将init指定为helloworld。

# qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd hwinitramfs -append “console=ttyS0 rdinit=helloworld” -nographic

系统能成功启动到输出”Hello World”，并且在用户态停住。结合前文“在QEMU环境中使用GDB调试Linux内核”，可以看到qemu虚机中运行的Linux系统已经成功挂载了initramfs, 在console日志中也能看到“Unpacking initramfs…”。

参考