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/ram0mke2fs 1.38 (30-Jun-2005)Filesystem label=OS type: LinuxBlock size=1024(log=0)Fragment size=1024 (log=0)2048 inodes, 8192 blocks409 blocks (4.99%) reserved for the super user First data block=11 block group8192 blocks per group, 8192 fragments per group2048 inodes per group. Writing inode tables: doneWriting superblocks and filesystem accounting information: done. This filesystem will be automatically checked every 24 mounts or180 days, whichever comes first. Use tune2fs -c or -i to override.

redice # mount /dev/ram0 /mnt/rdredice # ls /mnt/rdlost+foundredice

# mount/dev/hda2 on / type ext3proc 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/ram2Filesystem

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/rdredice # mkfs.minix /dev/ram02752 inodes8192

blocksFirstdatazone=90 (90)

Zonesize=1024Maxsize=268966912

redice # mount /dev/ram0 /mnt/rdredice # df -h /dev/ram0Filesystem

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=0timeout=10splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gztitle

Redice Linuxroot (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概述

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：

格式化一个 Ramdisk；

加载文件系统内容到Ramdisk；

将Ramdisk作为根文件系统；

我们可以将initrd形像的比作Norton Ghost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。

1)传统方法制作initrd

制作initrd传统的作法是通过软盘（显然过时了，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/ram0redice

# mount /dev/ram0 /mnt/rdredice

# cp _what_you_like_   /mnt/rd

# 把需要的文件复制过去redice # dd if=/dev/ram0 of=/tmp/initrdredice

# 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。

 

2)通过loop设备来制作initrd的过程：

redice # dd if=/dev/zero of=/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/rdredice # cp _what_you_like_ /mnt/rd

# 复制需要的文件；redice # umount /mnt/rdredice # losetup -d /dev/loop0redice

# 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。

文档

l  Linux文档中关于ramdisk的介绍，核心目录里 Documentation/ramdisk.txt;

l  Linux文档中关于initrd的介绍，核心目录 Documentation/initrd.txt;

l  Linux文档中关于tmpfs的介绍，核心目录 Documentation/filesystems/tmpfs.txt;

l  How to use a Ramdisk for Linux；

资源

l  genromfs - genromfs is a space-efficient, small, read-only filesystem originally for Linux and used by some Linux based projects.

l  genext2fs- Simply, it generates an ext2 filesystem as a normal (i.e. non-root) user. It doesn't require you to mount the image file to copy files on it. It doesn't even require you to be the superuser to make device nodes or set group/user ids.

 

使用ram disk初始化（initrd）

 

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它。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=<path> (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：

ü  软盘（慢，却随处可用）

ü  ram disk（快，需要物理内存）

ü  loopback device（最高档）

我将介绍loopback device方法：（保证loopback device被内核支持）

1）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

2）挂载文件系统

# mount -t ext2 -o loop initrd /mnt

3）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

4）卸载文件系统

# umount /mnt

5）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。

6）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 <kernel> initrd=<disk_image>

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=<path>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。

（感谢作者）