system:initrd和nash

1、什么是initrd

• initrd 的英文含义是 boot loader initialized RAM disk，即由引导程序初始化的RAM磁盘。initrd是在实际根文件系统可用之前挂载到系统中的一个初始根文件系统。initrd与内核绑定在一起， 并作为内核引导过程的一部分进行加载。内核然后会将这个initrd文件作为其阶段引导过程的一部分来加载模块，这样才能在以后的引导过程中使用真正的文 件系统，并挂载实际的根文件系统。根文件系统可以存储在包括IDE、SCSI、USB在内的多种介质上，如果将这些设备的驱动都编译进内核，可以想象内核 会多么庞大、臃肿。所以可以把initrd看做是在启动过程中连接内核与根文件系统的一个桥梁。

initrd 中包含了实现这个目标所需要的目录和可执行程序的最小集合，例如将内核模块加载到内核中所使用的 insmod工具。以及一些mount、mknod等命令，这些会在后面的nash部分讲到。Initrd 的用途主要有以下四种：*

1. linux 发行版的必备部件 linux 发行版必须适应各种不同的硬件架构，将所有的驱动编译进内核是不现实的，initrd 技术是解决该问题的关键技术。Linux 发行版在内核中只编译了基本的硬件驱动，在安装过程中通过检测系统硬件，生成包含安装系统硬件驱动的 initrd，无非是一种即可行又灵活的解决方案。

2. livecd 的必备部件 同 linux 发行版相比，livecd 可能会面对更加复杂的硬件环境，所以也必须使用 initrd。

3. 制作 Linux usb 启动盘必须使用 initrd usb 设备是启动比较慢的设备，从驱动加载到设备真正可用大概需要几秒钟时间。如果将 usb 驱动编译进内核，内核通常不能成功访问 usb 设备中的文件系统。因为在内核访问 usb 设备时， usb 设备通常没有初始化完毕。所以常规的做法是，在 initrd 中加载 usb 驱动，然后休眠几秒中，等待 usb设备初始化完毕后再挂载 usb 设备中的文件系统。

4. 嵌入式开发中常用做永久根文件系统。

5. 在 linuxrc 脚本中可以很方便地启用个性化 bootsplash。

2、剖析initrd

在linux2.4内核initrd的文件格式是文件系统镜像文件，即使用loop设备来构建的。loop设备是一个设备驱动程序，利用它可以将文件作为 一个块设备挂载到系统中，然后就可以查看这个文件系统中的内容了。到了linux2.6 内核的 initrd 的文件格式即支持原来的文件系统镜像文件，也支持 cpio 格式，而cpio就是用来取代原来的文件系统镜像文件格式。通过如下步骤可以查看到initrd文件里面的内容：

# mv initrd-2.6.18-8.2.img initrd-2.6.18-8.2.img.gz
# gunzip initrd-2.6.18-8.2.img.gz
# cpio -id < initrd-2.6.18-8.2.img
# ls -l
drwx------ 2 root root 4096 08-31 11:13 bin
drwx------ 3 root root 4096 08-31 11:13 dev
drwx------ 2 root root 4096 08-31 11:13 etc
-rwx------ 1 root root 1833 08-31 11:13 init
drwx------ 2 root root 4096 08-31 11:13 lib
drwx------ 2 root root 4096 08-31 11:13 proc
lrwxrwxrwx 1 root root    3 08-31 11:13 sbin -> bin
drwx------ 2 root root 4096 08-31 11:13 sys
drwx------ 2 root root 4096 08-31 11:13 sysroot

从上面的结果可以看出，initrd里面是一个很小的根文件系统，在 /bin 目录中有一组很少但却非常必要的应用程序，包括 nash、insmod等。init则是其引导的核心文件，在cpio格式的initrd里，该文件的名称只能是init。而在原来镜像文件格式的 initrd其核心文件可以是init和linuxrc。init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。关于 nash的解释是，nash (not a shell)它不是一个SHELL，是一个设计的尽可能小的简单命令解释器。主要用于初始化RAM DISK时候解释里面的linuxrc或者init这些简单的脚本。nash目前常用的构建命令如下：

echo 

将字符串输出到标准输出，只是功能上没有系统里面echo那么多。

find

显示指定路径下所匹配名称的文件，即只支持linux系统里find命令中的-name参数。

losetup  

将文件帮定到回环设备/dev/loopdev上

mkdevices

指定创建的块设备文件存放路径,如:mkdevices /dev

mknod 

创建设备文件

mkrootdev 

创建根文件系统的设备节点，根据内核传递参数当中的“root=”来创建对应该设备的节点，节点的名称是/dev/root，它不仅能够根据root= /dev/xxx来生成对应的设备节点，还能够在碰到root=LABEL=/的情况下探测所有的硬盘分区，以便找到对应着卷标为/的分区。

pivot_root  

转换根文件系统，以及挂载临时根文件系统。

raidautorun 

自动检测所有的raid设备

showlabels 

显示设备的LABEL以及UUID sw

itchroot  

与pivot_root功能类似，用于转换根文件系统。但只能用于2.6或以后的核心。

3、手工创建initrd

对于传统的 Linux 系统来说，initrd 映像是在 Linux 构建过程中创建的。有很多工具，例如 mkinitrd，都可以用来使用必要的库和模块自动构建 initrd，从而用作与真实的根文件系统之间的桥梁。mkinitrd 工具实际上就是一个 shell 脚本，有兴趣的可以研究一下。下面将以GTES11为基础制作U盘上的操作系统为例来描述initrd的创建过程：

1、将grub写到U盘上

# mount /dev/sdb1 /mnt
# grub-install --root-directory=/mnt hd1
Installation finished. No error reported.
This is the contents of the device map /mnt/boot/grub/device.map.
Check if this is correct or not. If any of the lines is incorrect,
fix it and re-run the script `grub-install'.

(fd0)   /dev/fd0
(hd0)   /dev/sda
(hd1)   /dev/sdb

2、创建grub.conf文件

default=0
timeout=5
title Flashdisk-System (2.6.18-8.2)
        root (hd0,0)
        kernel /boot/vmlinuz-2.6.18-8.2 root=/dev/sda1
        initrd /boot/initrd.img

3、复制系统核心到/boot

# cp /boot/vmlinuz-2.6.18-8.2 /mnt/boot

4、制作initrd 这也是制作U盘上操作系统最为关键的一步，稍有出错就会看到“kernel panic”错误提示，制作initrd时可以参照系统的initrd来修改，按照前面的方法解开 initrd-2.6.18-8.2.img ，并修改其中init文件为如下：

#!/bin/nash
#创建必备的设备文件
mount -t proc /proc /proc
setquiet
echo Mounting proc filesystem
echo Mounting sysfs filesystem
mount -t sysfs /sys /sys
echo Creating /dev
mount -o mode=0755 -t tmpfs /dev /dev
mkdir /dev/pts
mount -t devpts -o gid=5,mode=620 /dev/pts /dev/pts
mkdir /dev/shm
mkdir /dev/mapper
echo Creating initial device nodes
mknod /dev/null c 1 3
mknod /dev/zero c 1 5
mknod /dev/systty c 4 0
mknod /dev/tty c 5 0
mknod /dev/console c 5 1
mknod /dev/ptmx c 5 2
mknod /dev/rtc c 10 135
mknod /dev/tty0 c 4 0
mknod /dev/tty1 c 4 1
mknod /dev/tty2 c 4 2
mknod /dev/tty3 c 4 3
mknod /dev/tty4 c 4 4
mknod /dev/tty5 c 4 5
mknod /dev/tty6 c 4 6
mknod /dev/tty7 c 4 7

#加载U盘驱动
echo "Loading scsi_mod.ko module"
insmod /lib/scsi_mod.ko
echo "Loading sd_mod.ko module"
insmod /lib/sd_mod.ko
insmod /lib/sg.ko
echo "Loading usb-storage.ko module"
insmod /lib/usb-storage.ko
echo "Loading uhci-hcd.ko module"
insmod /lib/uhci-hcd.ko
echo "Loading ohci-hcd.ko module"
insmod /lib/ohci-hcd.ko
echo "Loading ehci-hcd.ko module"
insmod /lib/ehci-hcd.ko
echo "initialization flash disk"
sleep 10

#挂载和转换根文件系统
echo Creating root device.
mkrootdev -t ext2 -o defaults sda1
mknod /dev/sda b 8 0
mknod /dev/sda1 b 8 1
mknod /dev/root b 8 1
echo Mounting root filesystem.
mount /sysroot
echo Setting up other filesystems.
Setuproot
echo Switching to new root and running init.
switchroot

然后拷贝U盘必须的驱动文件到该lib目录下，如下：

# cp /lib/modules/2.6.18-8.2/kernel/drivers/usb/host/ehci-hcd.ko ./lib
# cp /lib/modules/2.6.18-8.2/kernel/drivers/usb/host/ohci-hcd.ko ./lib
# cp /lib/modules/2.6.18-8.2/kernel/drivers/scsi/scsi_mod.ko ./lib
# cp /lib/modules/2.6.18-8.2/kernel/drivers/scsi/sd_mod.ko ./lib
# cp /lib/modules/2.6.18-8.2/kernel/drivers/scsi/sg.ko ./lib
# cp /lib/modules/2.6.18-8.2/kernel/drivers/usb/host/uhci-hcd.ko ./lib
# cp /lib/modules/2.6.18-8.2/kernel/drivers/usb/storage/usb-storage.ko ./lib

接下就需要将修改后的initrd做成一个cpio的包并压缩，并将生成的initrd.img文件复制到U盘的boot目录下，如下：

# find . |cpio -H newc -o | gzip -i > ../initrd.img
# cp ../initrd.img /mnt/boot

其中的newc表示使用新型（SVR4）跨平台格式，SVR4是UNIX操作系统的一种新的内核标准。

5、建立U盘上文件 创建完引导initrd后，下面就需要在U盘上制作系统一些必须的程序，如shell，常用的命令等等。当然这些可以从系统里复制这些必须的文件，但是考 虑到U盘的大小，所以在这里采用busybox，关于busybox的使用请参照知识库的另外一篇文章：http://www.turbolinux.com.cn/turbo/wiki/doku.php?id=system:busybox，将建立好的busybox文件以及busybox所依赖的库文件一起拷贝到U盘的根目录下。

# ls -l /mnt
drwxr-xr-x 2 root root 3072 2007-08-26 11:24 bin
drwxr-xr-x 3 root root  1024 2007-08-31 16:35 boot
drwxr-xr-x 2 root root  1024 2007-08-23 16:52 lib
drwxr-xr-x 2 root root 1024 2007-08-26 11:24 sbin
drwxr-xr-x 4 root root 1024 2007-08-26 11:24 usr

# ls -l /mnt/lib
-rwxr-xr-x 1 root root  121804 2007-08-23 16:52 ld-2.5.so
lrwxrwxrwx 1 root root       9 2007-08-31 15:59 ld-linux.so.2 -> ld-2.5.so
-rwxr-xr-x 1 root root 1580376 2007-08-23 16:52 libc-2.5.so
-rwxr-xr-x 1 root root   27976 2007-08-23 16:52 libcrypt-2.5.so
lrwxrwxrwx 1 root root      15 2007-08-31 15:59 libcrypt.so.1 -> libcrypt-2.5.so
lrwxrwxrwx 1 root root      11 2007-08-31 15:59 libc.so.6 -> libc-2.5.so
-rwxr-xr-x 1 root root  209316 2007-08-23 16:52 libm-2.5.so
lrwxrwxrwx 1 root root      11 2007-08-31 15:59 libm.so.6 -> libm-2.5.so

6、建立etc目录 etc目录下，需要创建文件有inittab、fstab以及init.d/rcS，当initrd把引导权交给busybox的时候，busybox会自动去执行这些文件的内容。文件的内容分别如下：

etc/inittab：

#!/bin/ash
::sysinit:/etc/init.d/rcS
::askfirst:-/bin/ash
tty2::respawn:/bin/ash
tty3::respawn:/bin/ash

ash是bash的克隆，所以在这里我们采用ash做为系统的shell。

etc/fstab:

/dev/sda1 /         ext2    defaults       1 1
proc         /proc  proc    defaults        0 0
sysfs        /sys    sysfs   defaults        0 0

etc/init.d/rcS:

#!/bin/ash
mount -a

7、建立dev目录 使用cp -a命令拷贝常用的设备文件，包括console、tty1、tty2、tty3、sda、sda1等设备文件。总共需要设备文件的有如下：

# ls /mnt/dev
console  ram   sda   systty  tty0  tty2  tty4  tty6  tty8  ttyS0
null     root  sda1  tty     tty1  tty3  tty5  tty7  tty9

最后再建立proc、sys、sysroot这几个空目录即可完成。制作完成后，设置BIOS从U盘引导，就可以看到U盘启动后初始化内核的打印信息了，如果看到“按下enter键激活控制台”这样的提示表明制作成功！

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