ramdisk/ramfs/tmpfs/initrd/initramfs/rootfs/cpio

一 RAMDISK VS INITRD  　　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  　　# mkfs.ext2 /dev/ram0  　　# mount /dev/ram0  　　# mkdir /mnt/rd  　　# mount /dev/ram0 /mnt/rd  　　# ls /mnt/rd  　　lost+found  　　# df -h /dev/ram0  　　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)；  　　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；  　　1)传统方法制作initrd  　　# mkfs.ext2 /dev/ram0  　　# mount /dev/ram0 /mnt/rd  　　# cp _what_you_like_ /mnt/rd  　　# dd if=/dev/ram0 of=/tmp/initrd  　　# gzip -9 /tmp/initrd  　　(由此可见，initrd文件就是ext2格式的盘，当它释放到没有格式的ramdisk的时候，ramdish自然被格式化成ext2格式的盘了，这个格式是由initrd决定的。)  　　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：  　　# dd if=/dev/zero of=/tmp/initrd bs=1024 count=4096 # 制作一个4M的空白文件  　　# losetup /dev/loop0 /tmp/initrd # 映射到loop设备上；  　　# mkfs.ext2 /dev/loop0 # 创建文件系统；  　　# mount /dev/loop0 /mnt/rd  　　# cp _what_you_like_ /mnt/rd # 复制需要的文件；  　　# umount /mnt/rd  　　# losetup -d /dev/loop0  　　# gzip -9 /tmp/initrd  　　3)另外使用loop设备制作initrd的过程  　　# dd if=/dev/zero of=/tmp/initrd bs=1024 count=4096 # 制作一个4M的空白文件  　　# mkfs.ext2 /tmp/initrd  　　# mount /tmp/initrd /mnt/rd -t ext2 -o loop=/dev/loop0  　　# cp _what_you_like_ /mnt/rd # 复制需要的文件；  　　# umount /mnt/rd  　　# gzip -9 /tmp/initrd  　　(由此可见，loop就是一个设备文件，initrd必须和设备文件绑定或映射或等同，才进行近一步的操作。mount可分解成losetup /dev/loop0 /tmp/initrd and mount /dev/loop0 /mnt/rd)  　　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。  　　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。  　　二 RAMFS VS TMPFS vs ramdisk vs initramfs  　　1.ramdisk是由块设备来实现的，必须格式化成某种文件格式才能使用，需要设备文件，例如ram0等，initrd就是initial ramdisk；编译内核时须将block device中的Ramdisk支持选上，它下面还有两个  　　选项，一个是设定Ramdisk的大小，默认是4096k;另一个是initrd的支持。其不足之处是大小固定，之后不能改变。  　　2.ramfs就是内存文件系统，不需要格式化，不需要设备文件，可以动态增长；  　　3.tmpfs是虚拟内存文件系统，它不同于传统的用块设备形式来实现的ramdisk，也不同于针对物理内存的Ramfs，Tmpfs可以使用物理内存，也可以使用交换分区。在Linux内核中，虚拟内存资源由物理内  　　存（RAM）和交换分区组成，这些资源是由内核中的虚拟内存子系统来负责分配和管理。 Tmpfs就是和虚拟内存子系统来"打交道"的，它向虚拟内存子系统请求页来存储文件，它同Linux的其它请求页的 部分一样，不知道分配给自己的页是在内存中还是在交换分区中。Tmpfs同Ramfs一样，其大小也不是固定的，而是随着所需要的空间而动态的增减。使用tmpfs，首先你编译内核时得选择"虚拟内存文件  　　系统支持（Virtual memory filesystem support）" ，然后就可以加载tmpfs文件系统了。  　　4.rootfs是ramfs的特殊实例, 在2.6的内核中必然存在。rootfs不能被卸载(与其添加特殊代码用来维护空的链表，不如把rootfs节点始终加入，因此便于kernel维护：简单、精炼。rootfs是ramfs的一  　　个空实例，占用空间极小)。大部分其他的文件系统安装于rootfs之上。  　　5.initramfs:2.6的Linux内核包含有gzip压缩的cpio格式的文档，可以在内核引导的时候解压缩为rootfs  　　6.补充：通常情况下，Linux的所有文件在内存中都有缓存。需要读取的数据页从支撑存储设备(block device)中读取后，缓存于内存。在支撑存储设备中的数据页执行marked as clean操作。当虚拟文件系统需要支撑存储设备中的数据页内存时，可以释放。基于同样的机制，支撑存储设备的写入操作(写入文件然后写回支撑存储设备，marked as clean)后，也可以释放占用的数据页内存。对于文件目录占用的缓存(dentry: directory entry)，也存在同样的机制。但是，ramfs中不需要支撑存储设备(没有支撑缓存，但是有缓存)。也就是说，写入ramfs的文件可以正常的分配 page cache and dentry cache，但是不能写入支撑存储设备。这些page cache and dentry cache不能被VM释放、回收。由于ramfs可以基于现有的Linux的文件系统结构，用于实现ramfs的代码很小。一般而言，支撑存储设备的缓存被安装为一个文件系统。所以，ramfs不能通过menuconfig选择，是必然进入内核的。在 ramfs的下面可以一直写入数据，直到写满内存为止。由于VM(Vitual Memory)认为文件应该被写回支撑存储设备，而不是交换空间(swap space)，所以VM不能释放ramfs分配的内存。从而，只有root用户(or trusted user)才能进行ramfs写操作。  　　例1  　　# mkdir -p /RAM1  　　# mount -t ramfs none /RAM1  　　例2  　　# mkdir -p /RAM1  　　# mount -t ramfs none /RAM1 -o maxsize=10000  　　例3  　　# mkdir -p /mnt/tmpfs  　　# mount tmpfs /mnt/tmpfs -t tmpfs  　　例如4  　　# mount tmpfs /mnt/tmpfs -t tmpfs -o size=32m  　　三 initrd vs initramfs  　　1. initrd是一个单独的文件；initramfs和Linux内核链接在一起(/usr目录下的程序负责生成initramfs文档)。  　　2. initrd是一个压缩的文件系统映像(可以是ext2等，需要内核的驱动)；initramfs是类似tar的cpio压缩文档。内核中的cpio解压缩代码很小，而且init数据在boot后可以丢弃。  　　3. initrd运行的程序(initd，不是init)进行部分setup后返回内核；initramfs执行的init程序不返回内核(如果/init需要向内核传递控制权，可以再次安装在/目录下一个新的root设备并且启动一个新  　　的init程序)。  　　4. 切换到另一个root设备时，initrd执行pivot_root后，卸载ramdisk；initramfs是rootfs，既不能 pivot_root，也不能卸载。initramfs会删掉rootfs的所有内容(find -xdev / -exec rm '{}' ';')  　　，再次安装root到rootfs(cd /newmount; mount --move . /; chroot .)，把stdin/sdout/stderr挂在新的/dev/console上，重新执行init。由于这是一个相当困难的实现过程(包括在使用一个命令之前  　　把它删除)，所以klibc工具包引入一个帮助程序/utils/run_init.c来执行上述过程。其他大部分工具包(包括busybox) 把这个命令称为"switch_root"。  　　问题：  　　在嵌入式中，rootfs即initramfs就是最终的根文件文件系统，是不是说这个根也是ramfs文件系统呢，没有和设备绑定的？命令行用到ram0，但ram0不是和ramdisk相关的嘛，如下  　　# cat cmdline  　　console=ttyS1,57600n8 root=/dev/ram0  　　# mount  　　rootfs on / type rootfs (rw)  　　proc on /proc type proc (rw)  　　none on /var type ramfs (rw)  　　none on /etc type ramfs (rw)  　　none on /tmp type ramfs (rw)  　　none on /media type ramfs (rw)  　　none on /sys type sysfs (rw)  　　none on /dev/pts type devpts (rw)  　　none on /proc/bus/usb type usbfs (rw)  　　mdev on /dev type ramfs (rw)  　　devpts on /dev/pts type devpts (rw)

原文地址 http://www.cnzer.cn/view-6612-2.html

Reference:

Linux 初始 RAM 磁盘（initrd）概述 http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-initrd.html