linux 下的 initrd ramdisk

在Linux操作系统中，有一项特殊的功能——初始化内存盘INITRD(INITial Ram Disk)技术，而且内核支持压缩的文件系统映像。有了这两项功能，我们可以让Linux系统从小的初始化内存盘启动，并把系统内存的一部分作为根文件系统挂载。

　　Ramdisk就是将内存的一部分分配为一个分区并作为硬盘来使用。对于系统运行时不断使用的程序，将它们放在Ramdisk中将加快计算机的操作，如大数据量的网络服务器、无盘工作站等。为了能够使用Ramdisk，我们在编译内核时须将block device中的Ramdisk支持选上，它下面还有两个选项，一个是设定Ramdisk的大小，默认是4096k；另一个是设定默认个数。如果要使用initrd，还得选上的支持。它既可以直接编译进内核，也可以编译成模块，在需要的时候加载。我们由于在启动时就用它，所以必须将它直接编译进内核。

什么是Initrd

initrd的英文含义是 boot loader initialized RAM disk，就是由boot loader初始化的内存盘。在 linux内核启动前， boot loader 会将存储介质中的 initrd 文件加载到内存，内核启动时会在访问真正的根文件系统前先访问该内存中的 initrd 文件系统。

在 boot loader 配置了 initrd 的情况下，内核启动被分成了两个阶段，第一阶段先执行 initrd文件系统中的"某个文件"，完成加载驱动模块等任务，第二阶段才会执行真正的根文件系统中的 /sbin/init 进程。

这里提到的"某个文件"，Linux2.6 内核会同以前版本内核的不同，所以这里暂时使用了"某个文件"这个称呼，后面会详细讲到。

第一阶段启动的目的是为第二阶段的启动扫清一切障碍，最主要的是加载根文件系统存储介质的驱动模块。为了在内核启动之后能够判断哪些硬件驱动需要加载，哪些不需要，文件系统有没有问题等，最终使得根分区能顺利加载。我们知道根文件系统可以存储在包括IDE、SCSI、USB在内的多种介质上，如果将这些设备的驱动都编译进内核，可以想象内核会多么庞大、臃肿。

Initrd的用途

1.linux 发行版的必备部件

linux 发行版必须适应各种不同的硬件架构，将所有的驱动编译进内核是不现实的，initrd技术是解决该问题的关键技术,Linux发行版在内核中只编译了基本的硬件驱动，在安装过程中通过检测系统硬件，生成包含安装系统硬件驱动的initrd，无非是一种即可行又灵活的解决方案。

2.livecd 的必备部件

同linux发行版相比livecd可能会面对更加复杂的硬件环境，所以也必须使用initrd。

3.制作 Linux usb 启动盘必须使用 initrd

usb 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。

Linux2.6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/linuxrc。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。

nitial RAM disk

Linux初始RAM磁盘（initrd）是在系统引导过程中挂载的一个临时根文件系统，用来支持两阶段的引导过程。initrd文件中包含了各种可执行程序和驱动程序，它们可以用来挂载实际的根文件系统，然后再将这个 initrd RAM磁盘卸载，并释放内存。在很多嵌入式Linux系统中，initrd 就是最终的根文件系统。本文将探索 Linux 2.6 的初始 RAM磁盘，包括如何创建以及如何在Linux内核中使用。

什么是初始 RAM 磁盘

初始RAM磁盘（initrd）是在实际根文件系统可用之前挂载到系统中的一个初始根文件系统。initrd与内核绑定在一起，并作为内核引导过程的一部分进行加载。内核然后会将这个 initrd文件作为其两阶段引导过程的一部分来加载模块，这样才能稍后使用真正的文件系统，并挂载实际的根文件系统。
initrd 中包含了实现这个目标所需要的目录和可执行程序的最小集合，例如将内核模块加载到内核中所使用的 insmod 工具。
在桌面或服务器Linux 系统中，initrd 是一个临时的文件系统。其生存周期很短，只会用作到真实文件系统的一个桥梁。在没有存储设备的嵌入式系统中，initrd 是永久的根文件系统。本文将对这两种情况进行探索。

一开始我被ramdisk和initrd这两个东西弄胡涂了，其实ramdisk只是在ram上实现的块设备，initrd可以说是启动过程中用到的一种机制。就是在装载linux之前，bootloader可以把一个比较小的根文件系统的映象装载在内存的某个指定位置，姑且把这段内存称为initrd，然后通过传递参数的方式告诉内核initrd的起始地址和大小（也可以把这些参数编译在内核中），在启动阶段就可以暂时的用initrd来mount根文件系统。initrd的最初的目的是为了把kernel的启动分成两个阶段：在kernel中保留最少最基本的启动代码，然后把对各种各样硬件设备的支持以模块的方式放在initrd中，这样就在启动过程中可以从initrd所mount的根文件系统中装载需要的模块。这样的一个好处就是在保持kernel不变的情况下，通过修改initrd中的内容就可以灵活的支持不同的硬件。在启动完成的最后阶段，根文件系统可以重新mount到其他设备上，但是也可以不再重新mount（很多嵌入式系统就是这样）。 initrd的具体实现过程是这样的：bootloader把根文件系统映象装载到内存指定位置，把相关参数传递给内核，内核启动时把initrd中的内容复制到ramdisk中（ram0），把initrd占用的内存释放掉，在ram0上mount根文件系统。从这个过程可以看出，内核需要对同时对ramdisk和initrd的支持。

initrd的最初的目的是为了把kernel的启动分成两个阶段：在kernel中保留最少最基本的启动代码，然后把对各种各样硬件设备的支持以模块的方式放在initrd中，这样就在启动过程中可以从initrd所mount的根文件系统中装载需要的模块。这样的一个好处就是在保持kernel不变的情况下，通过修改initrd中的内容就可以灵活的支持不同的硬件。在启动完成的最后阶段，根文件系统可以重新mount到其他设备上。

标准的答案是：initrd是linux在系统引导过程中使用的一个临时的根文件系统，用来支持两阶段的引导过程。

再白话一点，initrd就是一个带有根文件系统的虚拟RAM盘，里面包含了根目录‘/’，以及其他的目录，比如：bin，dev，proc，sbin，sys等linux启动时必须的目录，以及在bin目录下加入了一下必须的可执行命令。

PC或者服务器linux内核使用这个initrd来挂载真正的根文件系统，然后将此initrd从内存中卸掉，这种情况下initrd其实就是一个过渡使用的东西。当然也可以不卸载这个initrd，直接将其作为根文件系统使用，这当然是在没有硬盘的情况下了，这种情况多用在没有磁盘的超轻量级的嵌入式系统。其实现在的大多数嵌入式系统也是有自己的磁盘的，所以，initrd在现在大多数的嵌入式系统中也作过渡使用。

Initrd的引导过程

‘第二阶段引导程序’，常用的是grub将内核解压缩并拷贝到内存中，然后内核接管了CPU开始执行，然后内核调用init()函数，注意，此init函数并不是后来的init进程！！！然后内核调用函数initrd_load()来在内存中加载initrd根文件系统。Initrd_load()函数又调用了一些其他的函数来为RAM磁盘分配空间，并计算CRC等操作。然后对RAM磁盘进行解压，并将其加载到内存中。现在，内存中就有了initrd的映象。

然后内核会调用mount_root()函数来创建真正的跟分区文件系统，然后调用sys_mount()函数来加载真正的根文件系统，然后chdir到这个真正的根文件系统中。

最后，init函数调用run_init_process函数，利用execve来启动init进程，从而进入init的运行过程。

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