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分类: LINUX

2012-05-10 17:21:14

initrd提供了在boot loader下加载ram disk的方法。该ram disk可以被作为根文件系统挂载进来,里面的程序也可以运行。然后,新的根文件系统可以从其他设备挂载。之前的根(来自initrd)可以被转移到一个目录然后被卸载。

initrd主要设计用来使系统启动于两个条件,一个是内核来自于非常小的驱动器,一个是额外的模块需要从initrd中加载。

本文给出initrd的概要描述,更具体的可以参考[1]。

操作
-------
当使用initrd,典型的系统启动顺序如下:
1. boot loader加载内核并初始化ram disk
2. 内核把initrd转化成正常的ram disk并释放initrd使用的内存
3. initrd作为root被挂载,赋予读写权限。
4. /linuxrc被执行(这可以是任何可执行文件,如脚本,运行在uid 0,可以做任何初始化)。
5. linuxrc挂载真正的根文件系统
6. linuxrc使用pivot_root系统调用把根文件系统放在根目录。
7. 正常的启动序列(/sbin/init)在根文件系统上执行。
8. initrd文件系统被移去。

注意,改变根目录不牵扯卸载他。
挂载在initrd的文件系统仍然可以被访问。

启动命令选项
------------------------
initrd添加了如下新的选项:
initrd= (e.g. LOADLIN)
加载特定的文件作为初始的ram disk。当使用lilo,你应该在/etc/lilo.conf中指定
ram disk镜像文件位置,使用INITRD变量。

noinitrd
initrd数据被保留却不转化成ram disk,正常的根文件系统被加载。initrd的数据可以 从/dev/initrd中读取。注意,在initrd中的数据可以是任意结构的,不一定要是文件系统镜像。该选项多用于调试。

注意:/dev/initrd是只读的,而且只能被使用一次。只要最后一个进程关闭它,所有的数据将会释放掉,而/dev/initrd将不再被打开。

root=/dev/ram0 (without devfs)
root=/dev/rd/0 (with devfs)

initrd作为根文件系统被挂载,随后正常的启动顺序中,ram disk仍然作为root。

安装
------------
首先,用于initrd文件系统的目录在根文件系统上被创建:
mkdir /initrd

名字不是很重要。更多的可以参考pivot_root(2)的man。

在启动过程中,如果根文件系统被创建(如果你有软盘启动),那么根文件系统应该创建/initrd目录。

如果initrd没有被挂载,他里面的内容仍然可以被访问,通过以下的方法(注意,这在使用devfs时不可用):
# mknod /dev/initrd b 1 250
# chmod 400 /dev/initrd

第二步,内核编译的时候必须支持ram disk并启动ram disk使能。所有从initrd中执行的程序必须被编译到内核中。

第三步,你必须创建ram disk镜像。这可以通过在块设备上创建文件系统实现,把所需的文件拷贝,然后把文件拷贝到initrd文件。根据最新的内核,至少三种设备可以用:
l 软盘(慢,却随处可用)
l ram disk(快,需要物理内存)
l loopback device(最高档)

我将介绍loopback device方法:
保证loopback device被内核支持
创建一个空的文件系统,拥有合适的大小:
# dd if=/dev/zero of=initrd bs=300k count=1
# mke2fs -F -m0 initrd
如果空间不多,你可以用minix fs而不是ext2
挂载文件系统
# mount -t ext2 -o loop initrd /mnt
创建控制台设备(如果用devfs,就没必要)
# mkdir /mnt/dev
# mknod /mnt/dev/console c 5 1
拷贝initrd环境需要的所有文件。不要忘掉最重要的文件/linuxrc.
注意,/linuxrc必须有执行权限。
正确的initrd环境可以不用重启就可以通过命令行测试:
# chroot /mnt /linuxrc
卸载文件系统
# umount /mnt
现在initrd被保存在initrd文件中。还可以压缩他。
# gzip -9 initrd
为了试验initrd,你可以创建一个急救盘,只需创建/linuxrc到/bin/sh的符号链接。
你还可以试着把initrd更小。

最后,你要启动内核并加载initrd.几乎所有的boot loader都支持initrd.
虽然启动进程兼容老的机制,下面的启动命令行还是得给出:

root=/dev/ram0 init=/linuxrc rw如果不使用devfs.或者
root=/dev/rd/0 init=/linuxrc rw
如果使用devfs.

使用 LOADLIN,只要执行
LOADLIN initrd=
e.g. LOADLIN C:\LINUX\BZIMAGE initrd=C:\LINUX\INITRD.GZ root=/dev/ram0
init=/linuxrc rw

使用LILO,你添加选项INITRD=到/etc/lilo.conf中,使用APPEDN命令即可。
image = /bzImage
initrd = /boot/initrd.gz
append = "root=/dev/ram0 init=/linuxrc rw"
然后运行 /sbin/lilo

对于其他的启动程序,请参考相应的文档。

现在你可以启动并享受使用initrd的乐趣了

如何改变根设备
------------------
当完成他的任务,linuxrc改变根设备并启动真正的根设备。

整个过程包括如下几步:
1. 挂载新的根文件系统
2. 把他变成根文件系统
3. 删除所有对旧(Initrd)文件系统的访问
4. 卸载initrd文件系统,重定位ram disk

挂载新的根文件系统很容易:只需把他挂载到当前根下。例如:
# mkdir /new-root
# mount -o ro /dev/hda1 /new-root

根的转变伴随着pivot_root系统调用。pivot_root把当前的根转移到新根下的一个目录,并把新的根放到原来的地方。老根的目录必须在调用pivot_root前退出。例如:
# cd /new-root
# mkdir initrd
# pivot_root . initrd

现在,linuxrc进程可以仍然访问老的根。所有的这些引用可以通过如下命令释放:
# exec chroot . what-follows dev/console 2>&1

然后执行的就是新根下的,例如/sbin/init.
如果新的根文件系统使用devfs,而/dev目录还不可用,devfs必须被挂载进来,
在使用chroot之前,只有这样才有/dev/console设备。

注意:privot_root执行的情况可能有所不同。为了保证兼容性,注意以下几点:调用pivot_root之前,调用进程的当前目录应指向新的根 文件目录使用.作为第一个参数,老根的相对路径作为第二个参数。chroot程序必须在就老的和新的根下都可以使用。最后改变根到新的根下。在执行命令中 使用dev/console的相对路径。


注意,initrd可以被卸载,而ram disk使用的内存可以被释放:
# umount /initrd
# blockdev --flushbufs /dev/ram0 # /dev/rd/0 if using devfs

initrd还可以使用NFS-mounted根,参考man pivot_root(8)。

注意:如果linuxrc或者其他程序从终端执行,老的改变根机制必须调用。

使用限制
-----------
引入initrd的主要动机是为了在系统安装中可以模块化配置内核。过程运行如下:
1. 一个小内核的系统从软盘或其他介质上启动(支持ram disk,initrd,a.out, ext2fs),并加载initrd。
2. /linuxrc决定如何挂载真正的根文件系统(设备类型,设备驱动,文件系统),并分布媒体(CDROM,network,tape)。这些可以询问用户或者自动探测,或是混合使用。
3. /linuxrc加载必须的内核模块
4. /linuxrc创建并组装根文件系统(还不一定能用)。
5. /linuxrc调用pivot_root改变根文件系统,执行(chroot)安装程序.
6. boot loader 安装完毕
boot loader配置用于加载initrd,initrd中包含系统启动的必须模块。
现在系统可以启动的,额外的安装任务被执行。

initrd的主要任务是在正常的系统操作中复用配置数据,而不需重新编译链接内核。

第二个限制是在linux运行在不同的硬件配置上的安装问题。这种情况下,只需产生一个小内核,分别配置。initrd中必须含有所有需要的模块。然后,/linuxrc或其他一个文件可能有所不同。

第三个限制更方便恢复磁盘,因为象根文件系统分区的信息在系统启动的时候要用,而在启动时刻是得不到的。

最后,CDROM发布使他更方便安装。

荒废的根改变机制
----------------
下面的机制在pivot_root之前被使用。当前的内核仍然支持他,但是你不要依赖他。

他在linuxrc存在的情况下,把真正的根设备作为根文件系统。initrd文件系统然后被
卸载,或者把他移动到/initrd目录,如果这个目录存在于新的根文件系统。

为了使用这种机制,你不必设定启动参数root,init,rw(如果设定了,这将影响到真正的
根文件系统)。

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