详解linux内存磁盘初始化技术.doc

详解linux内存磁盘初始化技术/5502266.html关键词： initrd ，内存盘，初始化 正文：linux 内存初始化技术（initrd）用于支持两阶段的系统引导过程，是在系统启动过程中被挂载的临时root文件系统（译者注：这里的root文件系统是指的 根文件系统）。initrd包含很多可执行程序和驱动，并允许在临时的内存磁盘根文件系统被卸载，内存被释放后挂载真实的root文件系统。在许多嵌入式 linux文件系统中，initrd是最终的根文件系统。这篇文章主要讲解了linux2.6内核的initrd技术，包括在内核中的创建及使用。1 什么是内存磁盘初始化？initrd挂载优先级高于真实根文件系统，它被邦定在内核上，做为内核启动过程的一部分被加载（load）。然后，做为两阶段引导过程的第一部分，内核挂载（mount）initrd，用于获得并加载真实有效的文件系统。为了达到这个目的，initrd包含有最起码的目录与程序，例如insmod，来安装内核模块到内核中。对于桌面或服务器linux，initrd是临时文件系统，它的生存周期很短，仅仅是做为到达真实根文件系统的桥梁。但对于没有存储设备的嵌入式系统来说，它才是永久性的根文件系统。本篇文章对这两方面均有涉及。2 深入分析initrdinitrd 包含有必须的程序和系统文件，用于支持系统的启动的第二阶段过程。创建初始化内存的方法，是随着你所使用的系统版本而改变的。从Fedora Core3以后，initrd就由回送设备（loop device）建立。什么是回送设备？它是一个设备驱动，允许你将一个文件挂载为块设备，并对其文件系统做出描述。也许loop device并不存在与你的内核中，但是你能够通过内核的配置工具（make menuconfig）打开它。路径是：Device Drivers-Block Devices-LoopBack Device support。下面为检查命令：# mkdir temp ; cd temp# cp /boot/initrd.img.gz .# gunzip initrd.img.gz# mount -t ext -o loop initrd.img /mnt/initrd# ls -la /mnt/initrd#现在，你可以通过查看/mnt/initrd的子目录来查看initrd的内容。需要注意的是，即使你的initrd镜像文件并不是以.gz做为后缀名，但是你同样可以通过增加此后缀名来让gunzip打开它。从Fedora Core3开始，默认的initrd镜像就是一个压缩的gpio归档文件。除了用挂载文件的方式以外，你同样可以通过cpio归档的方式来将其挂载成使用了回送设备的压缩镜像。你可以通过以下的指令来检查这个cpio归档文件的内容：# mkdir temp ; cd temp# cp /boot/initrd-.img initrd-.img.gz# gunzip initrd-.img.gz# cpio -i -make-directories bindrwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 sysdrwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 sysroot#一些小的，但是很有必要的程序组合能在./bin目录下得到，包括nash（它不是一个shell，而是一个脚本解释工具），用于加载内核模块的insmod，以及lvm等。上面所示目录中，相对比较有趣的是root目录下的初始化文件。这些文件，和传统的linux启动过程中一样，是在initrd镜像被解压缩到RAM中时生成的。待会我们将继续探讨这个问题。3 创建initrd的工具。现 在，让我们回到一开始的讨论：initrd的镜像是如何被创建的？在传统的linux系统中，initrd是在linux build的时候被创建的。像mkinitrd这样的许许多多的工具，都能够用于通过必须的库和模块来自动构建一个用于过渡到真实根文件系统的 initrd。事实上，mkinitrd工具是一个脚本文件，因此，我们能够很清楚得看到，这个过程是如何进行的。同样的，YAIRD (Yet Another Mkinitrd)工具，也允许我们自定制每一个initrd被构建的阶段。4 自己动手，打造自定义的初始化内存盘由 于很多基于linux的嵌入式系统都没有硬盘驱动器，initrd也可以做为永久性的根文件系统。下面我就将告诉你们，如何创建一个initrd镜像。我 使用的是标准linux桌面系统，因此大家即使没有嵌入式目标设备也可以照着做。除了交叉编译以外，嵌入式目标文件的构建过程是相同的。#!/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 kernel /bzImage-2.6.1 Linux-bzImage, setup=0x1400, size=0x29672egrub initrd /ramdisk.img.gz Linux-initrd 0x5f2a000, 0xb5108 bytesgrub bootUncompressing Linux. OK, booting the kernel.在内核启动之后，它开始检查initrd镜像是否可用，如果答案是确定的，那么就作为根文件系统加载并挂载它。下面就是这个特殊启动过程的结尾：.md: Autodetecting RAID arraysmd: autorunmd: . autorun DONE.RAMDISK: Compressed image found at block 0VFS: Mounted root (ext2 file system).Freeing unused kernel memory: 208k freed/ $ lsbin etc linuxrc proc sysdev lib lost+found sbin/ $ cat /proc/1/cmdline/bin/ash/linuxrc/ $ cd bin/bin $ lsash cat echo mount sysctlbusybox dmesg ls ps/bin $ touch zfile/bin $ lsash cat echo mount sysctlbusybox dmesg ls ps zfile当启动之后，可以通过ash来进入命令模式。在本例中，我探究了根文件系统并向你演示了，你能通过新建文件来写入这个文件系统。只需要注意，第一步是要创建linuxrc。6 通过初始化内存盘启动现在，大家已经看到了如何构建并使用一个自定制的初始化内存盘，这一节则用于介绍，内核是如何辨认initrd并将其作为它的根文件系统挂载的。我将涉及一些boot chain中的主要的函数并对发生的事件做出解释。像GRUB这样的boot loader，通常会确认即将加载的内核并复制该内核镜像与任何相关联的initrd到内存中，你可以在你linux内核源程序目录下的./init子目录中找到这些功能实现。在 内核与initrd镜像被解压缩和复制到内存后，内核被调用。此时，开始各种各样的初始化过程，最终，你会发现自己处于 init/main.c:init() (subdir/file:function)。这个函数实现了很多的子系统初始化。在这里，要调用init /do_mounts.c:prepare_namespace()，用来准备命名空间(挂载dev 文件系统, RAID, 或者md, devices, 以及, 最后的initrd)。通过对 init/do_mounts_initrd.c:initrd_load()的调用，最终完成对initrd的加载。initrd_load() 调用init/do_mounts_rd.c:rd_load_image()，来决定是否通过调用init /do_mounts_rd.c:identify_ramdisk_image()来加载内存盘镜像。后面这个函数通过检查内核的编号来确定文件究竟是 是minux，etc2，romfs，cramfs，还是gzip格式，直到返回initrd_load_image 后，init/do_mounts_rd:crd_load()又被调用。这个函数负责分配空间给内存盘，并进行校验计算，解压缩，最后将内存盘镜像加载 到内存中。此时，你就已经拥有了一个适合于挂载的，在块设备中的initrd镜像。现在，通过调用 init/do_mounts.c:mount_root()将这个块设备做为root挂载。ok，根设备就被创建了，接下来调用的函数是init /do_mounts.c:mount_block_root()，此函数又调用fs/namespace.c:sys_mount()来挂载真实的根文 件系统并对其进行chdir操作。最后，会返回到启动函数中，并调用init/main.c:run_init_process。调用的结果是，初始化进程开始（在这里是通过/linuxrc）。linuxrc可以是一个可执行程序，也可以是脚本（只要脚本解释器能够正常解释它）。函数调用的层次关系可以从下表中看出。并不是所有与复制、挂载初始化内存盘的函数都被列举出来，这里仅仅是大概的，对整体基本流程的回顾：init/main.c:init init/do_mounts.c:prepare_namespace init/do_mounts_initrd.c:initrd_load init/do_mounts_rd.c:rd_load_image init/do_mounts_rd.c:identify_ramdisk_image init/do_mounts_rd.c:crd_load lib/inflate.c:gunzip init/do_mounts.c:mount_root init/do_mounts.c:mount_block_root init/do_mounts.c:do_mount_root fs/namespace.c:sys_mount init/main.c:run_init_process execve7 无盘启动的应用同 很多嵌入式系统的启动一样