Linux中的Ramdisk与Initrd

Ramdisk简介

先简单介绍一下ramdisk，Ramdisk是虚拟于RAM中的盘(Disk)。对于用户来说，可以把RAM disk与通常的硬盘分区（如/dev/hda1）同等对待来使用，例如：

redice # mkfs.ext2 /dev/ram0
mke2fs 1.38 (30-Jun-2005)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
2048 inodes, 8192 blocks
409 blocks (4.99%) reserved for the super user
First data block=1
1 block group
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
2048 inodes per group

Writing inode tables: done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

This filesystem will be automatically checked every 24 mounts or
180 days, whichever comes first.    Use tune2fs -c or -i to override.

redice # mount /dev/ram0 /mnt/rd
redice # ls /mnt/rd
lost+found
redice # mount
/dev/hda2 on / type ext3
proc on /proc type proc (rw)
/dev/ram0 on /tmp/xxx type ext2 (rw)

当然，Ramdisk与硬盘分区有其不同的地方，例如RAM disk不适合作为长期保存文件的介质，掉电后Ramdisk的内容会随内存内容的消失而消失。Ramdisk的其中一个优势是它的读写速度高，可以被用作需要高速读写的文件。但在2.6版本后，Ramdisk的这一作用开始被tmpfs(Virtual memory file system support)取代。

回到上面的例子，我们格式化了一个ramdisk(/dev/ram0)并且将其mount到/mnt/rd目录下，那么这个Ramdisk有多大呢？先看一下：

redice # df -h /dev/ram2
Filesystem              容量    已用 可用 已用% 挂载点
/dev/ram0               7.8M    1.0K    7.4M     1% /mnt/rd

从上面的信息看出，ramdisk有大约7.8M的可用空间。我们再试一下另外的文件系统，重新格式化成minix分区并挂接试一下：

redice # umount /mnt/rd
redice # mkfs.minix /dev/ram0
2752 inodes
8192 blocks
Firstdatazone=90 (90)
Zonesize=1024
Maxsize=268966912

redice # mount /dev/ram0 /mnt/rd
redice # df -h /dev/ram0
Filesystem              容量    已用 可用 已用% 挂载点
/dev/ram0               8.0M    1.0K    8.0M     1% /mnt/rd

现在看出来了，的确是8M（这同时说明，EXT2文件系统本身要占用一定的存储空间，相比之下minix文件系统要少些），这个空间是在编译核心时就确定下来了，在配置Ramdisk时，有一个叫 Default RAM disk size 的参数决定默认情况下Ramdisk的大小。可以通过核心命令行参数(ramdisk_size)来改变这个值，例如要设置Ramdisk的大小为16M，在grub中可以用：

# grub.conf -
default=0
timeout=10
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
title Redice Linux
          root (hd0,0)
          kernel /vmlinuz ro root=LABEL=/ hdc=ide-scsi ramdisk_size=16384
          initrd /initrd

这样，Ramdisk的大小就变成16M了。这个参数是Ramdisk直接编译到核心时才能使用的，如果Ramdisk编译为模块，则应该使用模块参数来设置Ramdisk的大小:

redice # insmod rd rd_size=16384

编译到核心时，可以通过下面的一些核心命令行参数来配置Ramdisk: ramdisk_size - ramdisk的大小(Kbytes)； ramdisk - 与ramdisk_size的作用相同； ramdisk_blocksize - ramdisk的块大小，默认情况为1024； 当以模块的形式译时，模块支持以下几个加载参数： rd_size - 同上面的ramdisk_size或ramdisk参数； rd_blocksize - 同上面的ramdisk_blocksize；

initrd

上面已经提到，Ramdisk需要先格式化然后理能使用。那么，如果核心希望使用ramdisk该如何做呢？于是initrd产生了，initrd全称是 initial RAM disk ，它提供一种让核心可以简单使用Ramdisk的能力，简单的说，这些能力包括：

1. 格式化一个 Ramdisk；

2. 加载文件系统内容到Ramdisk；

3. 将Ramdisk作为根文件系统；

我们可以将initrd形像的比作备份的硬盘分区，而Linux启动阶段的Ramdisk相当于一个未格式化的硬盘分区，核心可以直接将initrd的内容释放到一个未初始化的 Ramdisk里，这个过程与Ghost恢复一个分区的过程十分相似。于是，相应的内容被加载到相应的Ramdisk中，同时，这个Ramdisk也被格式化成某种由initrd格式所表达的分区格式。

initrd与Ghost备份的分区有许多相似之处，例如，它有一定的大小，包含分区上的文件系统格式等。initrd支持的格式包括：

• Ext2文件系统；

• Romfs文件系统；

• cramfs文件系统；

• minix文件系统；

如果核心选择了Gzip支持（通常这是默认的，在init/do_mounts_rd.c中定义的BUILD_CRAMDISK宏）还可以使用Gzip压缩的initrd。相关的代码可以在核心源码 drivers/block/rd.c:identify_ramdisk_image 中找到。

制作initrd

制作initrd传统的作法是通过软盘（显然过时了，就不介绍了）、ramdisk或loop设备（/dev/loop)。通过ramdisk来制作的方法比较简单(以ext2文件系统为例)：

redice # mkfs.ext2 /dev/ram0
redice # mount /dev/ram0 /mnt/rd
redice # cp _what_you_like_    /mnt/rd      # 把需要的文件复制过去
redice # dd if=/dev/ram0 ōf=/tmp/initrd
redice # gzip -9 /tmp/initrd

这个过程也最能够解释initrd的本质，对于Linux来说，Ramdisk的一个块设备，而initrd是这个块设备上所有内容的“克隆”（由命令dd来完成）而生成的文件。核心中加载initrd相关的代码则用于完成将相反的过程，即将这一个文件恢复到Ramdisk中去。

通过loop设备来制作initrd的过程：

redice # dd if=/dev/zero ōf=/tmp/initrd bs=1024 count=4096 # 制作一个4M的空白文件
redice # losetup /dev/loop0 /tmp/initrd                      # 映射到loop设备上；
redice # mkfs.ext2 /dev/loop0                                # 创建文件系统；
redice # mount /dev/loop0 /mnt/rd
redice # cp _what_you_like_ /mnt/rd                          # 复制需要的文件；
redice # umount /mnt/rd
redice # losetup -d /dev/loop0
redice # gzip -9 /tmp/initrd

不过，现在已经有了一些更好的工具来完成这些工作，包括genromfs（uClinux里常用的工具），genext2fs，mkcramfs 等。这些工具提供了一些方便开发的新特性，例如，不需要上面烦索的过程，只要将文件复制到某个目录中，将其作为根目录，即可生成initrd；另一个重要的改进是，这些工具都可以以普通用户的身份来生成initrd。