rootfs——InitRamdisk & InitRamfs 介绍和使用

最新推荐文章于 2025-06-27 21:55:35 发布
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xys0610/article/details/52613149
一、rootfs
    rootfs，Root FileSystem，是指根文件系统，对应/目录节点。
    rootfs又分为虚拟rootfs和真实rootfs。
    虚拟rootfs由内核自己创建和加载，仅仅存在于内存之中（后续的InitRamfs也是在这种基础上实现），其文件系统是tmpfs类型或者ramfs类型。
    真实rootfs则是指根文件系统存在于存储设备上，内核在启动过程中会在虚拟rootfs上挂载这个存储设备，然后将/目录节点切换到这个存储设备上，这样存储设备上的文件系统就会被作为根文件系统使用（后续InitRamdisk是在这种基础上实现），其文件系统类型更加丰富，可以是ext2、yaffs、yaffs2等等类型，由具体的存储设备的类型决定。


二、InitRamdisk & InitRamfs
     InitRamdisk 和 InitRamfs 技术都是 使用ram的区域来作为根文件系统。
    1、差异如下：
       （1）实现原理上的差异
            InitRamdisk，初始化内存盘INITRD(INITial Ram Disk)技术，利用ramdisk的技术，将系统一部分内存区域实现为/dev/ram，把/dev/ram作为作为一个存储设备，最终将根目录切换到/dev/ram的挂载，实现将/dev/ram作为根文件系统的目的。从原理上属于真是rootfs。
            InitRamfs，将一个包含有根文件系统的文件、目录、节点的cpio压缩的描述包直接释放到虚拟rootfs的内存区域中，后续都是由rootfs来作为系统的根文件系统使用，无需块设备参与。
        （2）文件系统上的差异
             InitRamdisk，使用ext2格式的文件系统。
             InitRamfs，使用kernel内核直接支持的ROOTFS格式的文件系统。
        （3）数据传输流上的差异
             InitRamdisk，需要经过ext2文件系统和/dev/ram设备
                
             InitRamfs，直接通过ROOTFS文件系统进行
                
       （3）初始化进程init的区别
             InitRamdisk，使用根文件系统下的/linuxrc来作为init进程
             InitRamfs，使用根文件系统下的/init来作为init进程
       （4）内核支持版本上的差异
             InitRamdisk，由kernel 2.4版本上开始支持
             InitRamfs，由kernel 2.6版本上开始支持
        （5）镜像的差异和制作方式上的差异会在后面说明    

    2、优缺点
        （1） InitRamfs的优势
             InitRamfs省去了创建/dev/ram、挂接文件系统和切换根目录的操作，启动过程更会简单和快速。
           同时， InitRamfs 比 InitRamdisk 更简单快速，而Kernel对 InitRamfs 的内部处理也更为简单。
        （2） InitRamfs的缺点
            InitRamfs使用的是cpio包，包含了文件、目录、节点的描述语言包，为了描述一个文件、目录、节点，要增加很多额外的描述文字开销。这样使得cpio包比相应的image文件大很多。
        

三、名词、类型说明
    因为网上对于initrd有很多种名词，因为在这里做解释和统一说明。
    前面已经说过了 InitRamdisk和 InitRamfs，同时 InitRamfs又分为独立式 InitRamfs和集成式 InitRamfs。
     1、InitRamdisk
        老式块设备的initrd，对应init ramdisk的镜像，格式ext2。
        网上的名词：image-initrd，也可能直接用initrd来表示 InitRamdisk，具体需要根据文章自己进行判断。

     2、独立式InitRamfs
        是指将InitRamfs的压缩包与kernel Image独立开来，对应initramfs压缩包，是一个cpio格式压缩的独立文件。
        网上的名词：cpio-initrd（本质上是属于InitRamfs类型）

     3、集成式InitRamfs
        是指将InitRamfs的cpio压缩包集成到kernel Image中，该cpio格式压缩的文件会被被链接进了内核中特殊的数据段.init.ramfs上，其中全局变量__initramfs_start和__initramfs_end分别指向这个数据段的起始地址和结束地址。内核启动时会对.init.ramfs段中的数据进行解压，然后使用它作为临时的根文件系统。
        网上的名词：initramfs（本质上确实 是属于InitRamfs类型，但是是其中的一种类型 ）


四、 InitRamdisk & InitRamfs的制作
     1、InitRamdisk
    （1）通用命令如下： 
   
  1. genext2fs -b 4096 -d rootfs ramdisk
  2. gzip -9 -f ramdisk
  3. mkimage -n "My Rootfs" -A arm -O linux -T ramdisk -C gzip -d ramdisk.gz ramdisk.img
        <1>  genext2fs用于将目录生成ext2格式的ramdisk。
           -b是指制作的ramdisk大小为4096K字节。 -d是指要制作成ramdisk的根文件系统目录。
            ramdisk则是指要生成ramdisk的名称
        <2> gzip将该ramdisk以最优方式压缩为ramdisk.gz
        <3> 第三个步骤由uboot使用，mkimage命令将压缩了的ramdisk根文件系统二进制文件ramdisk.gz转换成u-boot能够辨认的二进制文件ramdisk.img，并指定ramdisk.img的名字为“My Rootfs”，处理器体系架构为arm，操作系统类型为linux，程序类型为ramdisk，程序由gzip压缩，不需要指定ramdisk的链接起始地址和入口地址。 使用FIT方式可以跳过这步。
        
    （2）在X Project项目中的制作方法如下（需要切换到tiny210分支上）
        在config.mk中修改如下： 
   
  1. ##
  2. ## Defining rootfs image type that want be generate.
  3. ##
  4. ROOTFS_IMAGE_TYPE=ramdisk
  5. #ROOTFS_IMAGE_TYPE=initramfs

        在rootfs已经生成之后（busybox安装完毕），执行 
   
  1. make rootfs
        最终生成的 ramdisk.gz， ramdisk.img就是 InitRamdisk需要使用的镜像。
         ramdisk.gz在FIT模式下使用， ramdisk.img在传统uImage下使用。
 
       对应的生成脚本在build/script/mkrootfs.sh中 
   
  1. ## Generate ramdisk image for rootfs.
  2. if [ "$ROOTFS_IMAGE_TYPE" = "$TYPE_INITRAMDISK" ]; then
  3.         genext2fs -b 4096 -d ${ROOTFS_DIR} ${ROOTFS_OUT_DIR}/${TYPE_INITRAMDISK}
  4.         gzip -9 -f ${ROOTFS_OUT_DIR}/${TYPE_INITRAMDISK}
  5.         ${UBOOT_OUT_DIR}/tools/mkimage -n ${BOARD_NAME} -A ${BOARD_ARCH} -O linux -T ramdisk -C gzip -d ${ROOTFS_OUT_DIR}/${TYPE_INITRAMDISK}.gz ${ROOTFS_OUT_DIR}/${TYPE_INITRAMDISK}.img
  6. fi


     2、独立式InitRamfs
        （1）通用命令如下：
            进入到rootfs对应目录下，执行 
   
  1. find . | cpio -H newc -o > ../rootfs.cpio
  2. gzip ../rootfs.cpio
            <1> 通过find命令获取当前目录下的所有文件，然后通过cpio -H newc -o 添加压缩到rootfs.cpio中
            <2> 通过gzip将 rootfs.cpio进行压缩
            生成的 rootfs.cpio.gz就是InitRamfs使用的镜像。

        （2） 在X Project项目中的制作方法如下（需要切换到tiny210分支上）
            在config.mk中修改如下 
   
  1. ##
  2. ## Defining rootfs image type that want be generate.
  3. ##
  4. #ROOTFS_IMAGE_TYPE=ramdisk
  5. ROOTFS_IMAGE_TYPE=initramfs
        在rootfs已经生成之后（busybox安装完毕），执行 
    
  1. make rootfs
        最终生成的initramfs .gz， 就是 InitRamfs需要使用的镜像，在FIT模式下使用。

         对应的生成脚本在build/script/mkrootfs.sh中 
   
  1. ## Generate cpio initramfs image for rootfs.
  2. if [ "$ROOTFS_IMAGE_TYPE" = "$TYPE_INITRAMFS" ]; then
  3.         cd ${ROOTFS_DIR}; find . | cpio -H newc -o > ${ROOTFS_OUT_DIR}/${TYPE_INITRAMFS}
  4.         gzip ${ROOTFS_OUT_DIR}/${TYPE_INITRAMFS}
  5.         ${UBOOT_OUT_DIR}/tools/mkimage -n ${BOARD_NAME} -A ${BOARD_ARCH} -O linux -T ramdisk -C gzip -d ${ROOTFS_OUT_DIR}/${TYPE_INITRAMFS}.gz ${ROOTFS_OUT_DIR}/${TYPE_INITRAMFS}.img
  6. fi

遇到的问题：出现了crash。
        测试方法：
        因为集成式InitRamfs已经可以使用，所以可以借助集成式InitRamfs来测试我们这种方法生成的gz包有没有问题。
    （1）测试生成的gz包有没有问题
       可以将CONFIG_INITRAMFS_SOURCE=""，把生成的gz包重命名成initramfs_data.cpio.gz然后放到/usr目录下。然后重编kernel，看看能否起来，可以起来就说明gz包没有问题。
        测试结果：无法起来，说明生成的 InitRamfs包有问题 。    
    （2）把 集成式InitRamfs生成的gz包直接拿过来用
        测试结果：拿过来之后发现可以正常启动，说明是我在生成InitRamfs的过程有问题。
    （3）通过zcat initramfs_data.cpio.gz | cpio -i -d -H newc --no-absolute-filenames命令解压出来看一下是否正确。
        测试结果：解出来发现根目录在tools中而不是rootfs中，将
               find  $ { ROOTFS_DIR } | cpio - H newc - o > $ { ROOTFS_OUT_DIR }/ $ { TYPE_INITRAMFS }
                            修改为如下后，解压出cpio后正常，也可以正常使用了
                cd $ { ROOTFS_DIR }; find . | cpio - H newc - o > $ { ROOTFS_OUT_DIR }/ $ { TYPE_INITRAMFS }

     3、集成式InitRamfs
        （1）在对应平台的config文件中添加如下： 
   
  1. CONFIG_INITRAMFS_SOURCE="源rootfs的路径"
               然后执行make命令生成kernel镜像即可，对应的 InitRamfs的cpio包会被编译到kernel镜像里面。  

        （2）以tiny210为例，在arch/arm/configs/tiny210_defconfig中修改如下： 
   
  1. CONFIG_INITRAMFS_SOURCE="/home/hlos/disk3/xys/temp/project-x/tools/common/rootfs"
                执行make kernel命令之后生成zImage。
                测试结果如下：
                在build/out/linux/usr可以找到cpio包“ initramfs_data.cpio.gz ” 
   
  1. $ du initramfs_data.cpio.gz 
  2. 1096	initramfs_data.cpio.gz
                通过如上命令测试出initramfs_data.cpio.gz是1096K。
                在配置CONFIG_INITRAMFS_SOURCE之前Image的大小是3056K,zImage的大小是1524K。
                在 配置CONFIG_INITRAMFS_SOURCE之后Image的大小是4148K, zImage的大小是2620 K。
                从zImage的差值来看刚好是 initramfs_data.cpio.gz的大小 。
                （ Image的差值只有1092K，为什么？？？ ）
        （3） 在X Project项目中没有直接支持这种方式，可以按照上述例子已经修改。


五、 InitRamdisk & InitRamfs的使用
        以下步骤需要保证 rootfs下的必须存在的目录以及可执行文件已经存在，如busybox已经安装，/dev/console已经创建等等。
     1、InitRamdisk
    （1）需要kernel中打开的宏 
   
  1. CONFIG_BLK_DEV_RAM=y
  2. CONFIG_BLK_DEV_INITRD=y
  3. CONFIG_BLK_DEV_MD=y
    （2）因为InitRamdisk是使用/dev/ram来作为真是根文件系统的方式，所以需要在cmdline中指定根文件系统root=/dev/ram，这里使用的是通过dts的bootargs来传递cmdline，所以修改如下： 
   
  1. bootargs = "console=ttySAC0,115200n8 root=/dev/ram rw rootwait ignore_loglevel earlyprintk";
    通 过FIT方式将ramdisk的镜像和 kernel Image打包到一起 。 uboot解析到FIT之后会将ramdisk 的cpio包的地址传递给kernel的。
    
   补充：在 X Project项目tiny210分支上，生成FIT镜像的命令如下 
   
  1. make kernel-img
            会自动根据ROOTFS_IMAGE_TYPE来选择rootfs镜像，生成对应的ITS文件，再根据ITS文件来将kernel和rootfs镜像生成对应的FIT的ITB文件。
            也就是在制作FIT镜像上，InitRamdisk和独立式InitRamfs是兼容的。具体参考脚本gen_its.sh。
       
    2、独立式InitRamfs
    （1） 需要kernel中打开的宏 
    
  1. CONFIG_BLK_DEV_RAM
  2. CONFIG_BLK_DEV_INITRD
     无需配置/dev/ram，通过FIT方式 将生成的 InitRamfs的cpio包和kernel Image打包到一起。uboot解析到FIT之后会将 InitRamfs的cpio包的地址传递给kernel的（方式和 InitRamdisk的方式一致 ）。

   补充：在 X Project项目tiny210分支上，生成FIT镜像的命令如下 
    
  1. make kernel-img
            会自动根据ROOTFS_IMAGE_TYPE来选择rootfs镜像，生成对应的ITS文件，再根据ITS文件来将kernel和rootfs镜像生成对应的FIT的ITB文件。
            也就是在制作FIT镜像上，InitRamdisk和独立式InitRamfs是兼容的。 具体参考脚本gen_its.sh。

    3、集成式InitRamfs
    （1） 需要kernel中打开的宏 
   
  1. CONFIG_BLK_DEV_RAM
  2. CONFIG_BLK_DEV_INITRD
       无需配置/dev/ram，kernel起来之后，会通过 数据段.init.ramfs找到initramfs的位置，rootfs应该就可以正常使用了。


    
参考网站：
http://blog.youkuaiyun.com/wh_19910525/article/details/8112130（ 制作 ramdisk.img，使用cpio 和 gzip ）
http://www.cnblogs.com/pied/archive/2013/01/29/2880718.html（initramfs实作）

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initrd rootfs initramfs 这三个之间的区别和作用
02-23
initrd、rootfs和initramfs是在Linux系统中用于引导和初始化的概念，它们之间有一些区别和作用。 1. initrd（Initial RAM Disk）是一个临时的根文件系统，它是在系统引导过程中由内核加载到内存中的。它通常包含一些必要的驱动程序和工具，用于在真正的根文件系统（rootfs）加载之前进行一些初始化操作。initrd最初是为了解决早期Linux系统在引导过程中无法识别硬件的问题而设计的。它的作用是提供一个临时的根文件系统，以便在引导过程中加载必要的驱动程序和模块，从而能够识别和访问硬件设备。 2. rootfs（Root File System）是Linux系统中的根文件系统，它是系统中所有其他文件系统的基础。rootfs包含了操作系统的核心文件和目录结构，它是系统引导后的第一个文件系统。在引导过程中，initrd会被加载到内存中，然后解压缩到rootfs中。一旦rootfs加载完成，系统将切换到rootfs作为根文件系统，并执行init程序来完成系统的初始化和启动。 3. initramfs（Initial RAM File System）是initrd的一种改进版本，它是一个压缩的文件系统映像，也是在系统引导过程中由内核加载到内存中的。与initrd不同，initramfs不需要解压缩到内存中的临时文件系统中，而是直接在内存中解压缩并挂载为根文件系统。initramfs的作用与initrd类似，它提供了一个临时的根文件系统，用于在引导过程中加载必要的驱动程序和模块。 总结： - initrd是早期Linux系统中使用的临时根文件系统，用于在引导过程中加载必要的驱动程序和模块。 - rootfs是Linux系统中的根文件系统，包含了操作系统的核心文件和目录结构。 - initramfs是initrd的改进版本，它是一个压缩的文件系统映像，直接在内存中解压缩并挂载为根文件系统。
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