http://www-128.ibm.com/developerworks/linux/library/l-initrd.html?ca=dgr-lnxw02LinuxInitialRam

linux內存初始化技術（initrd）用于支持兩階段的系統(tǒng)引導過程，是在系統(tǒng)啟動過程中被掛載的臨時root文件系統(tǒng)（譯者注：這里的root文件系統(tǒng)是指的根文件系統(tǒng)）。initrd包含很多可執(zhí)行程序和驅動，并允許在臨時的內存磁盤根文件系統(tǒng)被卸載，內存被釋放后掛載真實的root文件系統(tǒng)。在許多嵌入式linux文件系統(tǒng)中，initrd是最終的根文件系統(tǒng)。這篇文章主要講解了linux2.6內核的initrd技術，包括在內核中的創(chuàng)建及使用。

1 什么是內存磁盤初始化？
initrd掛載優(yōu)先級高于真實根文件系統(tǒng)，它被邦定在內核上，做為內核啟動過程的一部分被加載（load）。然后，做為兩階段引導過程的第一部分，內核掛載（mount）initrd，用于獲得并加載真實有效的文件系統(tǒng)。
為了達到這個目的，initrd包含有最起碼的目錄與程序，例如insmod，來安裝內核模塊到內核中。
對于桌面或服務器linux，initrd是臨時文件系統(tǒng)，它的生存周期很短，僅僅是做為到達真實根文件系統(tǒng)的橋梁。但對于沒有存儲設備的嵌入式系統(tǒng)來說，它才是永久性的根文件系統(tǒng)。本篇文章對這兩方面均有涉及。

2 深入分析initrd
initrd包含有必須的程序和系統(tǒng)文件，用于支持系統(tǒng)的啟動的第二階段過程。創(chuàng)建初始化內存的方法，是隨著你所使用的系統(tǒng)版本而改變的。從Fedora Core3以后，initrd就由回送設備（loop device）建立。什么是回送設備？它是一個設備驅動，允許你將一個文件掛載為塊設備，并對其文件系統(tǒng)做出描述。也許loop device并不存在與你的內核中，但是你能夠通過內核的配置工具（make menuconfig）打開它。路徑是：Device Drivers-》Block Devices-》LoopBack Device support。下面為檢查命令：
# 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
#
現(xiàn)在，你可以通過查看/mnt/initrd的子目錄來查看initrd的內容。需要注意的是，即使你的initrd鏡像文件并不是以.gz做為后綴名，但是你同樣可以通過增加此后綴名來讓gunzip打開它。
從Fedora Core3開始，默認的initrd鏡像就是一個壓縮的gpio歸檔文件。除了用掛載文件的方式以外，你同樣可以通過cpio歸檔的方式來將其掛載成使用了回送設備的壓縮鏡像。你可以通過以下的指令來檢查這個cpio歸檔文件的內容：
# mkdir temp ; cd temp
# cp /boot/initrd-2.6.14.2.img initrd-2.6.14.2.img.gz
# gunzip initrd-2.6.14.2.img.gz
# cpio -i --make-directories < initrd-2.6.14.2.img
你看到的結果將是一個小型根文件系統(tǒng)，如下所示：

# ls -la
#
drwxr-xr-x 10 root root 4096 May 7 02:48 .
drwxr-x--- 15 root root 4096 May 7 00:54 ..
drwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 bin
drwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 dev
drwxr-xr-x 4 root root 4096 May 7 02:48 etc
-rwxr-xr-x 1 root root 812 May 7 02:48 init
-rw-r--r-- 1 root root 1723392 May 7 02:45 initrd-2.6.14.2.img
drwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 lib
drwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 loopfs
drwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 proc
lrwxrwxrwx 1 root root 3 May 7 02:48 sbin -> bin
drwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 sys
drwxr-xr-x 2 root root 4096 May 7 02:48 sysroot
#

一些小的，但是很有必要的程序組合能在./bin目錄下得到，包括nash（它不是一個shell，而是一個腳本解釋工具），用于加載內核模塊的insmod，以及l(fā)vm等。
上面所示目錄中，相對比較有趣的是root目錄下的初始化文件。這些文件，和傳統(tǒng)的linux啟動過程中一樣，是在initrd鏡像被解壓縮到RAM中時生成的。待會我們將繼續(xù)探討這個問題。

3 創(chuàng)建initrd的工具。
現(xiàn)在，讓我們回到一開始的討論：initrd的鏡像是如何被創(chuàng)建的？在傳統(tǒng)的linux系統(tǒng)中，initrd是在linux build的時候被創(chuàng)建的。像mkinitrd這樣的許許多多的工具，都能夠用于通過必須的庫和模塊來自動構建一個用于過渡到真實根文件系統(tǒng)的initrd。事實上，mkinitrd工具是一個腳本文件，因此，我們能夠很清楚得看到，這個過程是如何進行的。同樣的，YAIRD (Yet Another Mkinitrd)工具，也允許我們自定制每一個initrd被構建的階段。

4 自己動手，打造自定義的初始化內存盤
由于很多基于linux的嵌入式系統(tǒng)都沒有硬盤驅動器，initrd也可以做為永久性的根文件系統(tǒng)。下面我就將告訴你們，如何創(chuàng)建一個initrd鏡像。我使用的是標準linux桌面系統(tǒng)，因此大家即使沒有嵌入式目標設備也可以照著做。除了交叉編譯以外，嵌入式目標文件的構建過程是相同的。

#!/bin/bash

# Housekeeping...
rm -f /tmp/ramdisk.img
rm -f /tmp/ramdisk.img.gz

# Ramdisk Constants
RDSIZE=4000
BLKSIZE=1024

# Create an empty ramdisk image
dd 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 populate
mount /tmp/ramdisk.img /mnt/initrd -t ext2 -o loop=/dev/loop0

# Populate the filesystem (subdirectories)
mkdir /mnt/initrd/bin
mkdir /mnt/initrd/sys
mkdir /mnt/initrd/dev
mkdir /mnt/initrd/proc

# Grab busybox and create the symbolic links
pushd /mnt/initrd/bin
cp /usr/local/src/busybox-1.1.1/busybox .
ln -s busybox ash
ln -s busybox mount
ln -s busybox echo
ln -s busybox ls
ln -s busybox cat
ln -s busybox ps
ln -s busybox dmesg
ln -s busybox sysctl
popd

# Grab the necessary dev files
cp -a /dev/console /mnt/initrd/dev
cp -a /dev/ramdisk /mnt/initrd/dev
cp -a /dev/ram0 /mnt/initrd/dev
cp -a /dev/null /mnt/initrd/dev
cp -a /dev/tty1 /mnt/initrd/dev
cp -a /dev/tty2 /mnt/initrd/dev

# Equate sbin with bin
pushd /mnt/initrd
ln -s bin sbin
popd

# Create the init file
cat >> /mnt/initrd/linuxrc << EOF
#!/bin/ash
echo
echo "Simple initrd is active"
echo
mount -t proc /proc /proc
mount -t sysfs none /sys
/bin/ash --login
EOF

chmod +x /mnt/initrd/linuxrc

# Finish up...
umount /mnt/initrd
gzip -9 /tmp/ramdisk.img
cp /tmp/ramdisk.img.gz /boot/ramdisk.img.gz

想創(chuàng)建initrd的話，你需要首先創(chuàng)建一個空文件，將/dev/zero（0字符流）做為ramdisk.img的輸入。得到的文件大小大約是4MB（有4000個1K的塊組成）。接下來，用mke2fs命令來創(chuàng)建一個使用這個空文件的ext2文件系統(tǒng)。現(xiàn)在，這個文件就是一個ext2文件系統(tǒng)。ok，接下來，以回路設備的形式掛載這個文件到/mnt/initrd，現(xiàn)在，你就在掛載點擁有一個代表著ext2文件系統(tǒng)的目錄，并用與存放你的initrd。其他大多數(shù)的腳本語句都是用于實現(xiàn)這個功能。
下一步，就是創(chuàng)建一些必須的子目錄，用于生成你的根文件系統(tǒng)： /bin, /sys, /dev, 和 /pro。這里只需要少數(shù)幾個目錄，例如，沒有/lib。但是它們已經包含了大部分功能。
如果想讓你的根文件系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用，請使用 BusyBox。這個工具是一個包含了許多獨立工具的鏡像，這些獨立的工具你都能在linux中找到（ ash, a等等wk, sed, insmod）。BusyBox的優(yōu)勢在于，它把它們集合在了一起，并分享了公用的部分，從而極大縮小了鏡像的體積。這對于嵌入式系統(tǒng)來講，是非常理想的。請將BustBox鏡像從它的源目錄中復制出來，到你的/bin目錄下，這樣，很多指向BusyBox工具集的符號鏈接將被創(chuàng)建，BusyBox能確定哪一個工具將被使用，并自動引用它。這個/bin目錄下被創(chuàng)建的鏈接的小型集合將用于對啟動腳本的支持。
再下一步，就是一小部分特殊設備文件的創(chuàng)建。我從我的/dev文件夾中直接拷貝了出來，別忘了加上-a選項來保持它們原有的屬性。
倒數(shù)第二步，就是生成linuxrc文件。在內核掛載了內存盤之后，它將搜索并執(zhí)行相關的啟動文件，如果沒有找到，內核就將linuxrc文件做為其啟動腳本。你最好在這個文件中對環(huán)境變量做一些基本設置，例如掛載/proc文件系統(tǒng)等。除了/proc外，我還掛載了/sys文件系統(tǒng)，將消息發(fā)送給終端。最后，我調用ash并通過它和根文件系統(tǒng)交互。最后記住，用chmod把linuxrc文件的屬性改為可執(zhí)行。
最后，你的根文件系統(tǒng)算是ok了?，F(xiàn)在它并沒有被掛載，用gzip將它壓縮，并將壓縮后的文件ramdisk.img.gz拷貝到/boot目錄下，這樣它就能被GRUB調用。
想要構建你的初始化ram盤的話，你只需要調用mkird，鏡像就將自動創(chuàng)建并拷貝到/boot目錄下。

5 測試自定義的初始化RAM盤。
你擁有的新的initrd鏡像是在/boot目錄下，因此，下一步就是要用你默認的內核來測試它。ok，現(xiàn)在你可以先重新啟動你的linux系統(tǒng)，當GRUB引導畫面出現(xiàn)時，按下C鍵，打開GRUB的命令行工具?，F(xiàn)在，你就能通過GRUB確定啟動專門的內核和initrd鏡像。內核命令是允許你定制內核文件的，而initrd命令則允許你指定專門的initrd鏡像文件。當它們都被指定之后，通過啟動命令來啟動內核，如下所示：

GNU GRUB version 0.95 (638K lower / 97216K upper memory)

[ Minimal BASH-like line editing is supported. For the first word, TAB
lists possible command completions. Anywhere else TAB lists the possible
completions of a device/filename. ESC at any time exits.]

grub> kernel /bzImage-2.6.1
[Linux-bzImage, setup=0x1400, size=0x29672e]

grub> initrd /ramdisk.img.gz
[Linux-initrd @ 0x5f2a000, 0xb5108 bytes]

grub> boot

Uncompressing Linux... OK, booting the kernel.

在內核啟動之后，它開始檢查initrd鏡像是否可用，如果答案是確定的，那么就作為根文件系統(tǒng)加載并掛載它。下面就是這個特殊啟動過程的結尾：

...
md: Autodetecting RAID arrays
md: autorun
md: ... autorun DONE.
RAMDISK: Compressed image found at block 0
VFS: Mounted root (ext2 file system).
Freeing unused kernel memory: 208k freed
/ $ ls
bin etc linuxrc proc sys
dev lib lost+found sbin
/ $ cat /proc/1/cmdline
/bin/ash/linuxrc
/ $ cd bin
/bin $ ls
ash cat echo mount sysctl
busybox dmesg ls ps
/bin $ touch zfile
/bin $ ls
ash cat echo mount sysctl
busybox dmesg ls ps zfile

當啟動之后，可以通過ash來進入命令模式。在本例中，我探究了根文件系統(tǒng)并向你演示了，你能通過新建文件來寫入這個文件系統(tǒng)。只需要注意，第一步是要創(chuàng)建linuxrc。

6 通過初始化內存盤啟動
現(xiàn)在，大家已經看到了如何構建并使用一個自定制的初始化內存盤，這一節(jié)則用于介紹，內核是如何辨認initrd并將其作為它的根文件系統(tǒng)掛載的。我將涉及一些boot chain中的主要的函數(shù)并對發(fā)生的事件做出解釋。
像GRUB這樣的boot loader，通常會確認即將加載的內核并復制該內核鏡像與任何相關聯(lián)的initrd到內存中，你可以在你linux內核源程序目錄下的./init子目錄中找到這些功能實現(xiàn)。
在內核與initrd鏡像被解壓縮和復制到內存后，內核被調用。此時，開始各種各樣的初始化過程，最終，你會發(fā)現(xiàn)自己處于init/main.c:init() (subdir/file:function)。這個函數(shù)實現(xiàn)了很多的子系統(tǒng)初始化。在這里，要調用init/do_mounts.c:prepare_namespace()，用來準備命名空間(掛載dev 文件系統(tǒng), RAID, 或者md, devices, 以及, 最后的initrd)。通過對 init/do_mounts_initrd.c:initrd_load()的調用，最終完成對initrd的加載。
initrd_load()調用init/do_mounts_rd.c:rd_load_image()，來決定是否通過調用init/do_mounts_rd.c:identify_ramdisk_image()來加載內存盤鏡像。后面這個函數(shù)通過檢查內核的編號來確定文件究竟是是minux，etc2，romfs，cramfs，還是gzip格式，直到返回initrd_load_image后，init/do_mounts_rd:crd_load()又被調用。這個函數(shù)負責分配空間給內存盤，并進行校驗計算，解壓縮，最后將內存盤鏡像加載到內存中。此時，你就已經擁有了一個適合于掛載的，在塊設備中的initrd鏡像。
現(xiàn)在，通過調用init/do_mounts.c:mount_root()將這個塊設備做為root掛載。ok，根設備就被創(chuàng)建了，接下來調用的函數(shù)是init/do_mounts.c:mount_block_root()，此函數(shù)又調用fs/namespace.c:sys_mount()來掛載真實的根文件系統(tǒng)并對其進行chdir操作。
最后，會返回到啟動函數(shù)中，并調用init/main.c:run_init_process。調用的結果是，初始化進程開始（在這里是通過/linuxrc）。linuxrc可以是一個可執(zhí)行程序，也可以是腳本（只要腳本解釋器能夠正常解釋它）。
函數(shù)調用的層次關系可以從下表中看出。并不是所有與復制、掛載初始化內存盤的函數(shù)都被列舉出來，這里僅僅是大概的，對整體基本流程的回顧：
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
execve

7 無盤啟動的應用
同很多嵌入式系統(tǒng)的啟動一樣，本地磁盤（軟驅或者光驅）對于啟動內核和內存盤根文件系統(tǒng)來說，并不是必須的。DHCP工具能被用于確認網絡參數(shù)，例如大家熟悉的IP抵制和子網掩碼等。此外，TFTP能被用于將內核鏡像以及初始化內存盤鏡像傳送到本地設備。一旦傳輸完成，linux內核就能被啟動以及掛載initrd，和本地鏡像啟動的過程一樣。

8 讓你的initrd盡可能小
當你在構建嵌入式系統(tǒng)時，總是希望initrd的鏡像盡可能小，恩，這里將提供一些小技巧。首先就是使用BusyBox。前面已經提到過，BusyBox包含了很多較大的工具，通常體積都以MB計算，但是它成功得將自己的體積控制在幾百KB的范圍內。
在本例中，BusyBox鏡像使用的是靜態(tài)鏈接，因此不需要提供任何庫文件。但是，如果你需要得到標準的C庫文件來滿足自己的二進制程序，除了大體積的glibc庫，你有其他更好的選擇。第一個，小體積的uClibc庫，是專門用于有空間限制的，標準C庫的縮水版本。另一個適用于有空間限制環(huán)境的庫是dietlib。記住，你需要在自己的嵌入式系統(tǒng)中，用這些庫重新編譯你的二進制程序。雖然使用它們會帶來一些附加的工作，但是，是值得的。

9 總結
初始化內存盤技術被創(chuàng)建的最初目的，是為了讓內核通過一個臨時的根文件系統(tǒng)來過渡到最終的根文件系統(tǒng)。initrd對于嵌入式linux系統(tǒng)同樣是很有用處的：它能做為一個非持續(xù)性的根文件系統(tǒng)掛載到內存盤中。