linux initrd镜像文件分析

Joken

   在日常项目实施中，通常会对系统进行驱动的升级或添加新硬件，一般情况下，用mkinitrd命令。而该命令其实是一个脚本，是通过一系列的流程来生成系统启动需要的initrd.img文件。通过分析该文件，我们可以更清晰的知道系统启动时候加载驱动的顺序（用于调整HBA卡识别的设备符号），及修正或加入一些自定义的配置。
   在昨天的日志中，我已经对initrd的基本概念解释过，可以参照《2.6内核解压》。这里我就不做重复。那么，initrd这个文件既然有我们启动过程中所需要的信息，也能够引导启动，是否必须呢？可以说：initrd文件不是必须的，但是对于像redflag这样，需要具有适应在不同的硬件环境下使用，用initrd会比较方便。
   我们常在编译内核时，使用make menuconfig，其中对某些额外的驱动，可以选择编译成模块，也可以直接编译到内核中。例如：ext3文件系统驱动，如果核心需要放在该文件系统上 ，可以有两个方法：

第一：把其全部编译到内核中，则只是需要一个内核文件系统即可启动；第二：把其编译为模块，然后通过initrd虚拟的内存系统加载；
  也就是说，由于initrd会在内存虚拟一个文件系统，然后可以根据不同的硬件加载不同的驱动，而不需要重新编译整个内核；所以，大部分的发行版本都会通过这种方式对驱动进行加载。然而，又带来了一个问题，在编译内核上或是以某种内核环境来编译驱动模块时，会遇到是否是2.4内核还是2.6内核的问题，也就是内核版本问题。
   根据核心版本的不同，initrd文件有两种格式：image和cpio，2.4核心只使用image格式，而2.6核心可以同时支持两种格式。它们不单格式不一样，而且运作机制和流程也完全不同，甚至制作方法也不一样。
下面，针对redflag DC 4.1和redflag DC5.0上的initrd进行说明。（机器环境不同，配置信息有所不同；驱动模块也有所不同。）
2.4核心
   1，格式：2.4核心只能使用image格式，其一般是通过loop设备及gzip压缩生成（mkinitrd命令）。
   2，解压：以redflag DC4.1使用核心为例；
[root@samba test]# ls initrd-2.4.21-9.30AX.img
[root@samba test]# file initrd-2.4.21-9.30AX.img
initrd-2.4.21-9.30AX.img: gzip compressed data, from Unix, max compression
   
    可以看到，它是一个gzip压缩文件，需要先解压：
[root@samba test]# mv initrd-2.4.21-9.30AX.img initrd-2.4.21-9.30AX.img.gz
[root@samba test]# gunzip initrd-2.4.21-9.30AX.img.gz [root@samba test]# file initrd-2.4.21-9.30AX.img
initrd-2.4.21-9.30AX.img: Linux rev 1.0 ext2 filesystem data
   然后挂载：
[root@samba test]# mkdir /mnt/disk
[root@samba test]# mount -o loop initrd-2.4.21-9.30AX.img /mnt/disk/
   
   内容：
[root@samba test]# cd /mnt/disk/
[root@samba disk]# ls -lR
.:
total 8
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Jan 10  2006 bin
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Jan 10  2006 dev
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Jan 10  2006 etc
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Jan 10  2006 lib
-rwxr-xr-x    1 root     root          436 Jan 10  2006 linuxrc   bin
drwxr-xr-x    2 root     root         1024 Jan 10  2006 sysroot
./bin:
total 151
-rwxr-xr-x    1 root     root       122464 Jan 10  2006 insmod   /sbin/nash
-rwxr-xr-x    1 root     root        29524 Jan 10  2006 nash  
./dev:  
./etc:
total 0
./lib:   
./loopfs:
total 0
./proc:
total 0
./sysroot:
total 0
   3，执行脚本，解压出来之后有一堆文件，其中需要了解的就是linuxrc文件：
[root@samba disk]# cat linuxrc
#!/bin/nash
echo "Loading jbd.o module"
insmod /lib/jbd.o
echo "Loading ext3.o module"
insmod /lib/ext3.o
echo Mounting /proc filesystem
mount -t proc /proc /proc
echo Creating block devices
mkdevices /dev
echo Creating root device
mkrootdev /dev/root
echo 0x0100 > /proc/sys/kernel/real-root-dev
echo Mounting root filesystem
mount -o defaults --ro -t ext3 /dev/root /sysroot
pivot_root /sysroot /sysroot/initrd
umount /initrd/proc
   现在看得很清楚，内容就是在挂载对应的驱动和目录，看上去的命令和普通的linux命令是一样的。
   4，执行流程：
1）boot loader把内核以及/dev/initrd的内容加载到内存，/dev/initrd是由bootloader初始化的设备，存储着initrd。
2）在内核初始化过程中，内核把 /dev/initrd 设备的内容解压缩并拷贝到 /dev/ram0 设备上。
3）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。
4）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。
5）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。
6）/linuxrc 执行完毕，真正的根文件系统被挂载。
7）如果真正的根文件系统存在 /initrd 目录，那么 /dev/ram0 将从 / 移到 /initrd。否则如果 /initrd 目录不存在， /dev/ram0 将被卸载。
8）在真正的根文件系统上进行正常启动过程，执行 /sbin/init。 linux 2.4内核initrd的执行是作为内核启动的一个中间阶段，也就是initrd的 /linuxrc执行以后，内核会继续执行初始化代码。而我们可以把自己要添加的驱动执行脚本添加到linuxrc，并把驱动放到/lib目录，如：qla2300等。

   5，生成新initrd：
   由于默认的initrd不大，只有8M（由mkinitrd脚本决定）;
[root@samba disk]# df -h /mnt/disk
Filesystem            Size  Used Avail Use% Mounted on
/root/test/initrd-2.4.21-9.30AX.img
                     7.6M  333K  6.9M   5% /mnt/disk
所以，要加入的东西不要过多。
保存的过程：
[root@samba test]# umount /mnt/disk/
[root@samba test]# mv initrd-2.4.21-9.30AX.img initrd-2.4.21-9.30AX.new.img
[root@samba test]# gzip -9 initrd-2.4.21-9.30AX.new.img
[root@samba test]# mv initrd-2.4.21-9.30AX.new.img.gz initrd-2.4.21-9.30AX.new.img
[root@samba test]# cp initrd-2.4.21-9.30AX.new.img /boot/
最后，修改grub即可。
如果是要新做一个initrd文件，可以这样：
[root@samba test]# dd if=/dev/zero of=./new.img bs=1024k count=8
[root@samba test]# mkfs.ext2 -F -m0 new.img
[root@samba test]# mkdir /mnt/new
[root@samba test]# mount -o loop new.img /mnt/new/  
然后加入自定义的驱动或脚本
[root@samba test]# umount /mnt/new/
[root@samba test]# gzip -9 new.img
[root@samba test]# mv new.img.gz new.img

2.6核心
   1，格式：2.6核心可以支持image格式，但更多的时候还是使用cpio格式。其核心文件不再是linuxrc，而是/init。
   2，解压：以redflag DC5.0使用的核心为例：
[root@printserver test]# ls
initrd-2.6.9-11.19AX.img
[root@printserver test]# file initrd-2.6.9-11.19AX.img
initrd-2.6.9-11.19AX.img: gzip compressed data, from Unix, max compression
   可以这样来识别格式：
[root@printserver test]# gzip -dc initrd-2.6.9-11.19AX.img > new.img
[root@printserver test]# file new.img
new.img: ASCII cpio archive (SVR4 with no CRC)
   创建一个新目录，然后解压出来：
[root@printserver test]# mkdir new
[root@printserver test]# cd new/
[root@printserver new]# gzip -dc ../initrd-2.6.9-11.19AX.img | cpio -idvm
也可以用这样一个命令zcat，格式参考gzip，或是参考《2.6内核解压》。
内容：
[root@printserver new]# ll -R
.:
total 36
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Sep 30 16:55 bin
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Sep 30 16:55 dev
drwxr-xr-x  3 root root 4096 Sep 30 16:55 etc
-rwxr-xr-x  1 root root  725 Jun 29 17:35 init   bin
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Jun 29 17:35 sys
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Jun 29 17:35 sysroot
./bin:
total 592
lrwxrwxrwx  1 root root     10 Sep 30 16:55 hotplug -> /sbin/nash
-rwxr-xr-x  1 root root  12904 Jun 29 17:35 insmod   /sbin/nash
-rwxr-xr-x  1 root root  38184 Jun 29 17:35 nash   udev
./dev:  
./etc:
total 4
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Sep 30 16:55 udev
./etc/udev:  
./lib:  
./loopfs:
total 0
./proc:
total 0
./sys:
total 0
./sysroot:
total 0

   3，执行脚本
[root@printserver new]# cat init
#!/bin/nash
mount -t proc /proc /proc
setquiet
echo Mounted /proc filesystem
echo Mounting sysfs
mount -t sysfs none /sys
echo Creating /dev
mount -o mode=0755 -t tmpfs none /dev
mknod /dev/console c 5 1
mknod /dev/null c 1 3
mknod /dev/zero c 1 5
mkdir /dev/pts
mkdir /dev/shm
echo Starting udev
/sbin/udevstart
echo -n "/sbin/hotplug" > /proc/sys/kernel/hotplug
echo "Loading jbd.ko module"
insmod /lib/jbd.ko
echo "Loading ext3.ko module"
insmod /lib/ext3.ko
/sbin/udevstart
echo Creating root device
mkrootdev /dev/root
umount /sys
echo Mounting root filesystem
mount -o defaults --ro -t ext3 /dev/root /sysroot
mount -t tmpfs --bind /dev /sysroot/dev
echo Switching to new root
switchroot /sysroot
umount /initrd/dev
很明显，与2.4核心最大的差别在于用init代替了linuxrc，并且加入了udev方式。
   4，执行流程
   由于采用cpio格式后，不需要再创建一个临时的设备用于挂载img文件，所以执行的流程也简单很多：
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，完全给/init文件处理。这个正是cpio格式带来的便利，我们要修改和增加自定义的脚本和驱动都变得简单很多，一般只需要对init脚本和/lib添加即可。

   5，生成新initrd文件
[root@printserver new]# find ./ | cpio -c -o > ../initrd-2.6.9-11.19AX.new.img
1617 blocks
[root@printserver new]# cd ..
[root@printserver test]# gzip -9 initrd-2.6.9-11.19AX.new.img
[root@printserver test]# mv initrd-2.6.9-11.19AX.new.img.gz initrd-2.6.9-11.19AX.new.img
[root@printserver test]# cp initrd-2.6.9-11.19AX.new.img /boot/
最后，修改grub即可。
   若在2.6核心上使用image的initrd文件，处理的流程只是在开始会增加一个判断步骤，后续是和在2.4上执行的过程一样的。

   上面介绍了2.4和2.6两个版本的initrd，那么，它们有何区别跟相同点，下面做简单的说明：
在这个过程中，可以看到，使用cpio格式的处理是非常方便和简洁的，很难对比两种格式处理有什么不同，可以说几乎是一样的。但就是因为制作cpio，以及启动对cpio的处理更直接，目前新发行版的initrd都以cpio格式为多。


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u2/82278/showart_1331930.html