initramfs原理探讨-为什么需要initramfs
initramfs的几个发展阶段
- initrd使用了ramdisk
- initramfs使用了ramfs
- Initramfs机制比initrd机制要优越，是一种较新的实现方式
- 现阶段流行的Linux发行版均使用initramfs，但是名字却还是initrd.img
启动盘经过发展阶段：
|-- ramdisk
| `-- initrd (2.4内核)
|-- ramfs
| |---- initramfs (2.6内核,沿用至今)
| `--- tmpfs
什么是ramdisk(内存磁盘)
- ramdisk基于内存的块设备，具备块设备的一切属性
- 一旦创建，大小固定，不可动态调整
- 伪块设备，存在于内存中，与真实块设备基本无异，访问时候居然还需要缓存（都已经在内存中了还缓存个鸡儿）
- 2.4及更早版本使用ramdisk构建initrd
什么是initrd(基于ramdisk的临时文件系统)
- Boot loader Init Ram disk缩写，是一种机制，装载一个临时根文件系统到内存中
- 作为Linux startup process的一部分，为实际根文件系统的加载做准备。
- 对于2.4或更早的kernel来说，使用的是该方法。
什么是ramfs(基于内存缓存的文件系统)
- Ramfs 是一个
空间大小动态可变的基于 RAM 的文件系统，它是Linux 用来实现磁盘缓存（page cache and dentry cache）的文件系统。 - ramfs 是一个仅存在与内存中文件系统，它没有后备存储（例如磁盘），也就是说 ramfs 文件系统所管理的文件都是存放在内存中，而不存放在磁盘中，如果计算机掉电关闭，那么 ramfs 文件系统中所有文件也就都没有了。
- 当普通磁盘中的文件被操作系统加载到内存中时，内核会分配 page 来存储文件中的内容，然后进程通过读写内存中文件对应的 page 实现对文件的读写修改操作，当完成了所有的读写操作之后，文件对应的 page 就会被标记为脏页，然后在合适的时机被操作系统写回到原来的磁盘中对应的文件中，内存中原来存放这些文件的 page 就会被标记为干净，最后被系统回收重新使用。而 ramfs 文件系统中的文件当同样被加载到内存中 page 进行读写操作之后，它对应的 page 并不会被标记为脏页，因为 ramfs 中文件没有下级的后备存储器（例如，磁盘），也就没有了写回后备存储器的操作，所以为它分配的这些 page 也就无法回收了。
- ramfs是一种统称，不一定就只是作为临时根文件系统，还可以作为其他用途，有其他特定命名。
- ramdisk是一种基于ram的块设备，ramfs是一种基于ram的文件系统
- initrd是init ramdisk的缩写，initramfs是init ramfs的缩写
什么是initramfs(基于ramfs的临时文件系统)
- initramfs 是一种以 cpio 格式压缩后的 rootfs 文件系统，它通常和 Linux 内核文件一起被打包成 boot.img 作为启动镜像
- BootLoader 加载 boot.img，并启动内核之后，内核接着就对 cpio 格式的 initramfs 进行解压，并将解压后得到的 rootfs 加载进内存，最后内核会检查 rootfs 中是否存在 init 可执行文件（该 init 文件本质上是一个执行的 shell 脚本），如果存在，就开始执行 init 程序并创建 Linux 系统用户空间 PID 为 1 的进程，然后将磁盘中存放根目录内容的分区真正地挂载到 / 根目录上，最后通过
exec chroot . /sbin/init命令来将 rootfs 中的根目录切换到挂载了实际磁盘分区文件系统中，并执行/sbin/init程序来启动系统中的其他进程和服务。 - 基于ramfs开发initramfs，取代了initrd
什么是initrd
- initrd代指内核启动过程中的一个阶段，临时挂载文件系统，加载硬盘的基础驱动，进而过渡到最终的根文件系统
- 早期基于ramdisk生成的临时根文件系统的名称
- 现阶段虽然基于initramfs，但是临时根文件系统也依然存在某些发行版称其为initrd
- CentOS 临时根文件系统命名为
initramfs-`uname -r`.img - Ubuntu 临时根文件系统命名为
initrd-`uname -r`.img
什么是tmpfs
- ramfs 中有一个非常大的缺点就是你可以持续不断地向 ramfs 文件系统中的文件持续不断地写入数据直到填满整个物理内存空间为止。出现这个问题的原因就是前面介绍的 ramfs 文件系统不存在向普通磁盘那样的将内存中的文件内容写回到文件的操作，也就导致了它所占据的那部分内存空间是无法被释放的，正是因为这个原因，通常只有 root 用户才有读写 ramfs 文件系统中文件的权限。
- tmpfs 文件系统是从 ramfs 衍生而来的一个文件系统，但是它相对于 ramfs 多了空间容量大小限制，并且还可以将文件系统中一些不必要的的文件内容写到交换空间中（swap space）。并且 tmpfs 文件系统的大小还可以通过 mount -o remount … 命令来重新调整。
- 有关 tmpfs 更加详细的内容可以查看内核源码中的文档：Documentation/filesystems/tmpfs.txt。
- tmpfs比ramfs多了swap支持，且固定大小
- 当存在写溢出时，tmpfs比ramfs更加安全，因为tmpfs会给出错误提示并禁止写操作
什么是rootfs？
- rootfs（也叫根文件系统） 它本质上就是一个 Linux 系统中基本的文件目录组织结构，也就是 Linux 系统中 / 根目录下的结构
- 例如，/boot 目录下存放的是启动内核相关的文件，/etc 目录中存放的则是一些系统配置文件，/dev 目录下存放的则是系统的设备文件，/bin 目录下存放的则是一些可执行的二进制文件等等
- 这里rootfs指的是
initrd,initramfs的文件目录结构，与最终系统使用的根分区高度相似 - Ubuntu 机器上的 / 根目录的结构如下所示：
.
├── bin
├── boot
├── cdrom
├── data
├── dev
├── etc
├── home
├── initrd.img -> boot/initrd.img-3.13.0-107-generic
├── lib
├── lib32
├── lib64
├── libx32
├── lost+found
├── media
├── mnt
├── opt
├── proc
├── root
├── run
├── sbin
├── srv
├── sys
├── tmp
├── usr
├── var
└── vmlinuz -> boot/vmlinuz-4.2.0-27-generic
24 directories, 5 files
- 通常 rootfs 文件系统应该非常简洁，它只包含了它所必须用的文件，并且尽量避免少去修改 rootfs，以免破坏 rootfs，导致整个 Linux 系统无法启动。
- Linux 系统的启动过程与 rootfs 也是密切相关，rootfs 可能会存在于存储在 RAM 存储设备中，也可能会存在硬盘设备中。
- 内核文档关于ramfs、rootfs及initramfs的介绍链接：https://www.kernel.org/doc/Documentation/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt
- rootfs是基于内存的文件系统，所有操作都在内存中完成；也没有实际的存储设备，所以不需要设备驱动程序的参与。
- linux在启动阶段使用rootfs文件系统，当磁盘驱动程序和磁盘文件系统成功加载后，linux系统会将系统根目录从rootfs切换到磁盘文件系统。
挂载rootfs
挂载rootfs的过程是由 do_kern_mount 来完成的，该函数工作包含以下几个方面：
书上还提到了名称空间namespace
解压initramfs到rootfs
- “内核将Bootloader加载到内存中的initramfs中的文件解压到rootfs中”这句话的意思，Bootloader，比如grub，配置文件中的菜单项，每一个菜单项包括两个内容，一个是内核，一个是initrd。bootloader将initrd加载到内存，解压的工作是内核自己干的，所以initrd无法正常使用的话应该检查内核而不是grub
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panic是英文中是惊慌的意思，Linux Kernel panic正如其名，linux kernel不知道如何走了，它会尽可能把它此时能获取的全部信息都打印出来。
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启动过程尽可能输出错误，要输出到console，就要有个/dev/console，那么不管怎样就得有initramfs
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tty是一类char设备的统称，它们有相同的特性，比如对ctrl^C的处理，驱动使用tty_register_driver注册一个tty。
/dev/console是一个虚拟的tty，它映射到真正的tty上，console有多种含义，这里特指printk输出的设备，驱动使用register_console注册一个console
-
console和tty有很大区别：console是个只输出的设备，功能很简单，只能在内核中访问；tty是char设备，可以被用户程序访问。
实际的驱动比如串口对一个物理设备会注册两次，一个是tty，一个是console，并通过在console的结构中记录tty的主次设备号建立了联系。
在内核中，tty和console都可以注册多个。当内核命令行上指定console=ttyS0之类的参数时，首先确定了printk实际使用那个console作为输出，其次由于console和tty之间的对应关系，打开/dev/console时，就会映射到相应的tty上。用一句话说：/dev/console将映射到默认console对应的tty上。顺便说一句，console=ttyS0和/dev/ttyS0包含相同的设备名字完全是巧合，不同也没事
- 就算没有指定initramfs，也会默认指定一个
挂载并切换到真正的根目录
- initramfs在根切换后会被释放掉，也就是说你构建的initramfs进入系统后看不到了
- 你也可以选择不释放掉