一、init ramfs是什么
在2.6版本的linux内核中，都包含一个压缩过的cpio格式的打包文件。当内核启动时，会从这个打包文件中导出文件到内核的rootfs文件系统，然后内核检查rootfs中是否包含有init文件，如果有则执行它，作为PID为1的第一个进程。这个init进程负责启动系统后续的工作，包括定位、挂载“真正的”根文件系统设备(如果有的话)。如果内核没有在rootfs中找到init文件，则内核会按以前版本的方式定位、挂载根分区，然后执行/sbin/init程序完成系统的后续初始化工作。
这个压缩过的cpio格式的打包文件就是init ramfs。编译2.6版本的linux内核时，编译系统总会创建init ramfs，然后把它与编译好的内核连接在一起。内核源代码树中的usr目录就是专门用于构建内核中的init ramfs的，其中的ini tramfs_data.cpio.gz文件就是init ramfs。缺省情况下，init ramfs是空的，X86架构下的文件大小是134个字节。
二、构建第一个init ramfs：hello world
从C语言开始，学习计算机编程语言的第一个程序几乎都是hello world，因此我们也构建一个最简单的hello world式的init ramfs，以说明init ramfs的基本构建方法。
init ramfs的灵魂是init文件(或者叫程序，因为它会被内核第一个执行)，我们先写一个简单的init程序，它会在内核的console中打印出经典的hello world信息。
hello.c：
#include
#include
int main(int argc,char argv[])
{
printf("hello world, from init ramfs.\n");
sleep(9999999);
return 0;
}
其中的sleep()函数语句是为了避免执行时内核很快打出panic的信息，并非功能上的需要。
接着把hello.c编译成静态连接程序：
gcc -o hello_static -static -s hello.c
命令行中的-s参数表示编译后的程序不包含调试定位信息，目的是减少编译出来的程序文件的大小。
再创建一个init ramfs的构建源文件目录image，把hello_static程序拷入这个目录，并改名为init。
在image目录下，创建一个dev/console的设备文件，否init程序无法在内核console中输出信息：
mknod -m 600 dev/console c 5 1
注意，执行这个命令需要有root权限。
好了，现在可以设置内核配置参数，进行init ramfs的构建了：
在general setup配置目录下的init ramfs sources配置项下输入image的路径名，比如我的路径就是/home/wyk/init ramfs-test/image。因为我们的init程序是ELF格式的，所以内核需要支持ELF的可执行文件，否则启动这个init程序会失败。在内核的 Executable file formats配置目录下，选择 kernel support for ELF binaries，则可使内核支持ELF格式的可执行文件。其他内核配置参数根据实际需要设置即可，不过，为了减少内核编译时间，可参考这篇文章http://linuxman.blog.ccidnet.com/blog-htm-do-showone-uid-60710-type-blog-itemid-293122.html设置一个最简单的内核配置。
内核配置参数设置完成后，按常规的内核编译方法进行编译，init ramfs就自动连接到编译好的内核映像文件中了。
三、试验环境搭建
试验init ramfs需要经常重启系统，所以使用CPU模拟器是不错的选择。我们可以选用qemu，它支持直接启动linux内核，无需在模拟器中安装OS。从方便使用的角度考虑，我们采用qemu launcher设置qemu的各项参数，它的安装可参考http://linuxman.blog.ccidnet.com/blog-htm-do-showone-uid-60710-type-blog-itemid-612280.html。
在qemu launcher的linux配置标签中，打勾直接启动linux，然后在下面的文本框中填上刚才编译好的内核映像文件的路径名。因为qemu的运行还需要设置硬盘映像文件，所以还需要在左边的配置标签中新建一个硬盘映像文件，但实际上我们并不使用硬盘。
配置好qemu的参数后，点击launcher按钮，内核就开始在qemu中运行了。内核输出一堆内核运行信息后，最后打出了
hello world, from init ramfs.
哈哈，我们构建的init ramfs已经能够正常工作了!
四、什么是rootfs和ramfs
所有的2.6版本linux内核都有一个特殊的文件系统rootfs，是内核启动的初始始根文件系统，init ramfs的文件会复制到rootfs。如果把init ramfs比作种子，那么rootfs就是它生长的土壤。大部分linux系统正常运行后都会安装另外的文件系统，然后忽略rootfs。
rootfs是ramfs文件系统的一个特殊实例。ramfs是一种非常简单的文件系统，是基于内存的文件系统。ramfs文件系统没有容量大小的限制，它可以根据需要动态增加容量。
ramfs直接利用了内核的磁盘高速缓存机制。所有的文件的读写数据都会在内存中做高速缓存(cache)，当系统再次使用文件数据时，可以直接从内存中读写，以提供系统的I/O性能。高速缓存中的写入数据会在适当的时候回写到对应的文件系统设备(如磁盘等)中，这时它的状态就标识为clean，这样系统在必要时可以释放掉这些内存。ramfs没有对应文件系统设备，所以它的数据永远都不会回写回去，也就不会标识为clean，因此系统也永远不会释放ramfs所占用的内存。
因为ramfs直接使用了内核已有的磁盘高速缓存机制，所以它的实现代码非常小。也由于这个原因，ramfs特性不能通过内核配置参数删除，它是内核的天然特性。
五、ramfs不是ramdisk
ramdisk是在一块内存区域中创建的块设备，用于存放文件系统。ramdisk的容量是固定的，不能象ramfs一样动态增长。ramdisk需要内核的文件系统驱动程序(如ext2)来操作其上的数据，而ramfs则是内核的天然特性，无需额外的驱动程序。ramdisk也象其他文件系统设备一样，需要在块设备和内存中的磁盘高速缓存之间复制数据，而这种数据复制实际不必要的。
六、从ramfs派生的文件系统tmpfs
ramfs的一个缺点是它可能不停的动态增长直到耗尽系统的全部内存，所以只有root或授权用户允许使用ramfs。为了解决这个问题，从ramfs派生出了tmpfs文件系统，增加了容量大小的限制，而且允许把数据写入交换分区。由于增加了这两个特性，所以tmpfs允许普通用户使用。
关于tmpfs文件系统更多的信息，可以看内核源码中的 Documentation/filesystems/tmpfs.txt 文档。
综上所述，init ramfs是一种ramfs文件系统，在内核启动完成后把它复制到rootfs中，作为内核初始的根文件系统，它的任务是挂载系统真正的根文件系统。这就是init ramfs的前世今生。
七、什么是busybox
busybox号称是嵌入式Linux中的瑞士军刀——小巧、功能齐全。它把许多常用的Linux命令都集成到一个单一的可执行程序中，只用这一个可执行程序(即busybox)加上Linux内核就可以构建一个基本的Linux系统。busybox程序非常小巧，包含全部命令可执行文件大小也只有750多K。busybox是完全模块化的，可以很容易地在编译时增加、删除其中包含的命令。
由于busybox的这些特点，它广泛应用于LiveCD、应急修复盘、安装盘等系统中。我们也是以它为基础，构建init ramfs。
八、busybox的配置、编译和安装
(1)去http://busybox.net 去下载最新的源码，解压展开。
(2)用make menuconfig命令启动配置界面配置，配置busybox的特性、选择要包含在busybox的命令(busybox称为applet);
也可以用make defconfig命令做缺省配置，包含全部的applet。
另外两个配置命令是
make allyesconfig——最大配置
make allnoconfig——最小配置
它们和make defconfig命令都可以用来作为自定义配置的初始配置，然后再用make menuconfing命令做定制化配置。
为了简单，我们用make defconfig做缺省配置。
(3)用make命令编译busybox软件。
(4)用make CONFIG_PREFIX=<安装目录> install
命令安装。如果在命令行中省略CONFIG_PREFIX变量的赋值，则会安装缺省值 ./_install 目录下。CONFIG_PREFIX可以在make menuconfig的配置界面中修改。
我们用make CONFIG_PREFIX=~/initramfs-test/image 命令把busybox安装到init ramfs的构建目录中。
(5)缺省配置下，busybox动态链接到glibc，所以要把它用到的动态库复制到init ramfs的构建目录中。用ldd命令查看busybox用到了哪些动态库文件及相应的文件路径，然后把它们复制到相应的目录下即可。
我们编译的busybox需要向image/lib目录下复制
ld-linux.so.2
libc.so.6
libcrypt.so.1
libm.so.6
动态库文件。
九、在image下创建必要的目录和设备文件
(1)在imgae目录下创建
proc ， sys ， etc ，mnt 四个目录
(2)hello world 已经创建了console 设备文件，我们再用
mknod -m 600 dev/null c 1 3 命令创建另一个基本的设备文件。
十、试验一下
busybox的构建和准备工作做完了，我们试验一下吧：
在image目录下以root用户权限——
(1)用mount -vt proc proc =proc
mount -vt sysfs sysfs =sys
命令安装内核虚拟文件系统
(2)用mount -v -o bind /dev dev
命令绑定/dev的设备文件到image/dev
(3)用chroot . /bin/sh
命令进入busybox的环境。出现shell的命令提示符，可以试着输入几个命令，看看执行结果。例如，输入 fdisk -l 命令看看是否能显示硬盘的分区。
十一、自动生成/dev下的设备文件
上节用chroot方法试验busybox时，为了简单，是用“绑定”的方式把主机的/dev中的设备文件映射到image目录下的dev目录。在init ramfs上，这种方法显然不能使用。
生成系统的设备文件，现在通常都是用udev动态生成，而init ramfs为了做到通用，动态生成的要求是必须的。在busybox中有一个mdev命令，就是用来动态生成设备文件，填充到/dev目录的。
在系统启动时，用
mdev -s
命令可以根据内核的sysfs文件系统在/dev目录中自动生成相应的设备文件。命令执行前，需要先挂载内核的proc和sysfs虚拟文件系统。
十二、初始身手
解决了自动生成设备文件的问题后，我们可以试着做一个最简单的可运行的linux系统了：
(1)在image目录下写一个最简单的init脚本。
#!/bin/sh
mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys
mdev -s
/bin/sh
(2)为init脚本设置可执行权限，否则内核不会去执行它。
chmod +x init
(3)有些busybox配置中，mdev命令需要读取/etc/mdev.conf文件，为了避免出错信息，我们创建一个空文件。mdev.conf文件是用来控制mdev生成的设备文件的读写权限的，在这里我们不需要对设备文件设置特别的权限，就使用mdev缺省的660的权限设置。有关mdev的设备文件权限的控制详细信息，可参考busybox源码树docs目录下的mdev.txt文件。
touch etc/mdev.conf
(4)在内核源码目录下，执行make命令，重新编译内核，生成新的init ramfs。
好了，在QEMU模拟环境下启动这个新的内核，系统初始化后，会进入SHELL环境。在这个SHELL环境下，试验一些常用命令，看看是否可以正常运行。
十三、can't access tty
上一步创建的简单linux系统在进入SHELL环境时，会打出下面这一句出错信息：
/bin/sh: can't access tty; job controll off
虽然不影响使用，但终究不够完美。
产生这个错误的原因是我们的SHELL是直接运行在内核的console上的，而console是不能提供控制终端(terminal)功能的，所以必须把SHELL运行在tty设备上，才能消除这个错误。解决问题的办法是使用正规init机制，在执行SHELL前打开tty设备。
另外，这个简单系统的reboot、halt等命令是不起作用的，也必须通过init方式解决。
十四、busybox的缺省init模式
busybox支持init功能，当系统没有/etc/inittab文件时，它有一套缺省的模式，按下面配置执行：
::sysinit:/etc/init.d/rcS
::askfirst:/bin/sh
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/sbin/swapoff -a
::shutdown:/bin/umount -a -r
::restart:/sbin/init
如果busybox检测到/dev/console不是串口控制台，init还要执行下面的动作：
tty2::askfirst:/bin/sh
tty3::askfirst:/bin/sh
tty4::askfirst:/bin/sh
我们试试这种模式是否可以解决我们的问题。
(1)写/etc/init.d/rcS脚本
这个脚本实际是要执行系统的初始化操作。我们把前面的init脚本改造一下，将最后的/bin/sh命令删除，然后移到 etc/init.d目录下，改名为rcS。
(2)init ramfs不需要linuxrc，而且如果没有init文件，内核就不认为它是一个有效的init ramfs，因而不安装它，导致内核panic。于是，我们在image目录下，把busybox安装的linuxrc改名为init：
mv linuxrc init
(3)重新编译内核，生成新的init ramfs
(4)用QEMU试验一下新编译的内核。系统启动后，会打出一句话“please press Enter to active this console”——感觉还不错。但是按下回车键后，系统依然会打出错误信息“-/bin/sh:
can't access tty; job controll off ”。用tty命令看看当前的终端设备文件名：
# tty
/dev/console
它还是console，不是tty设备，所以问题没有解决。不过，reboot和halt命令倒是可以正常工作了。
经过验证，busybox的缺省init模式无法满足我们的要求，我们还是要写inittab，定制自己的init初始化流程。
十五、busybox的inittab文件格式说明
要写自己的inittab，需要理解busybox的inittab文件格式。
busybox的inittab文件与通常的inittab不同，它没有runlevel的概念，语句功能上也有限制。inittab语句的标准格式是
:::
各字段的含义如下
:
id字段与通常的inittab中的含义不同，它代表的是这个语句中process执行所在的tty设备，内容就是/dev目录中tty设备的文件名。由于是运行process的tty设备的文件名，所以也不能象通常的inittab那样要求每条语句id的值唯一。
:
busybox不支持runlevel，所以此字段完全被忽略。
:
为下列这些值之一：
sysinit, respawn, askfirst, wait,once, restart, ctrlaltdel, shutdown
其含义与通常的inittab的定义相同。特别提一下askfirst，它的含义与respawn相同，只是在运行process前，会打出一句话“please press Enter to active this console”，然后等用户在终端上敲入回车键后才运行process。
：
指定要运行的process的命令行。
十六、写mini linux的inittab
理解了busybox的inittab格式，我们就可以写mini linux的inittab：
::sysinit:/etc/init.d/rcS
tty1::askfirst:/bin/sh
tty2::askfirst:/bin/sh
tty3::askfirst:/bin/sh
tty4::askfirst:/bin/sh
tty5::askfirst:/bin/sh
tty6::askfirst:/bin/sh
::restart:/sbin/init
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount -a -r
把这个文件放到image的etc目录下。为了执行reboot命令时避免提示找不到/etc/fstab文件，我们再在etc目录下创建一个空文件：
touch fstab
做好了这些，就可以重新编译内核，生成新的init ramfs了。在QEMU试验环境下验证新生成的mini linux，系统运行正常，而且象通常的linux系统一样，用ALT+F1～F6键可以在6个终端间切换。
由于mini linux系统不需要登录，所以用askfirst的方式来模拟登录，用户敲回车键后，init进程才会启动shell。
十七、配置内核支持initrd
到目前为止，我们的init ramfs都由内核编译系统生成的，并链接到内核中。其实我们也可以用cpio命令生成单独的init ramfs，与内核编译脱钩，在内核运行时以initrd的形式加载到内核，以增加灵活性。
首先配置内核使用单独的initrd：在 Device Driver / Block device / 配置目录下，选择 RAM filesystem and RAMdisk ( init ramfs/initrd ) support 配置项;再到 General Setup 配置目录项下，将 init ramfs source file(s) 配置项原有的内容清空。然后把内核源码树的usr目录下已由内核编译生成的init ramfs文件initramfs_data.cpio.gz拷贝到 ~/initramfs-test 目录下，我们先直接用这个文件试验一下 initrd 方式的init ramfs的效果。最后，执行make命令重新编译内核后，在QEMU试验环境中，把initrd配置框(linux配置框的下面)的内容写为 ~/init ramfs-test/init ramfs_data.cpio.gz，指定initrd的文件路径。
好了，试验一下新的initrd方式的init ramfs吧，效果跟先前的完全一样。
十八、用cpio命令生成init ramfs
cpio命令有三种操作模式：copy-out、copy-in、copy-pass，生成init ramfs用的是它的copy-out模式，即把文件打包的操作模式。cpio的copy-out操作模式使用 -o 命令行选项指定。缺省情况下，cpio从标准输入读取输入数据，向标准输出写入输出数据。使用 -I 选项可以指定文件名代替标准输入，使用 -O 选项可以指定文件名代替标准输出，而 -F 选项指定的文件名则根据cpio操作模式的不同可代替标准输入或标准输出。
把~/init ramfs-test/image目录下的文件打包成init ramfs，执行下面的命令：
find . | cpio -o -H newc | gzip > ../image.cpio.gz
命令执行完毕后，在~/init ramfs-test目录下就会生成文件名为imgae.cpio.gz的init ramfs。
上面cpio命令的 -H 选项指定打包文件的具体格式，要生成init ramfs，只能用newc 格式，如果使用其他格式，内核会打出这样的出错信息：Unpacking init ramfs...<0> kernel panic - not syncing: no cpio magic
在QEMU试验环境下试验一下新的initrd方式的init ramfs，效果跟先前的完全一样。
十九、cpio命令的其他用法
如果我们要解开一个cpio格式的打包文件，则要使用cpio命令的copy-in操作模式。cpio的copy-out操作模式使用 -i 命令行选项指定。例如，我们想把前一步从内核源码树 usr目录下拷贝的init ramfs_data.cpio.gz 展开到~/init ramfs-test/init ramfs_data目录下，则使用下列命令：
mkdir ~/init ramfs-test/init ramfs_data
cd ~/init ramfs-test/init ramfs_data
cpio -i -F ../init ramfs_data.cpio.gz --no-absolute-filename
命令执行完毕后，init ramfs_data目录下出现多个目录和文件，用diff命令比较init ramfs_data与image目录，两者的完全一样。
上面cpio命令的 --no-absolute-filename 选项的作用是展开文件时，去掉文件路径最前面的"/"，把绝对路径名变为相对路径名。内核编译时生成的init ramfs使用了绝对路径名，所以这个选项必须使用，否则init ramfs内文件展开到"/"目录去了，如果你是root用户或有"/"目录的写权限，那么展开的文件就有可能覆盖同名的文件(在文件修改时间新于原有文件)，那就糟糕了!
展开文件前，你可能会想先看看打包文件里都有哪些文件，这时就要用 -t 选项了。例如，我们想看看内核编译时生成的init ramfs_data.cpio.gz中都有哪些文件，我们就可以用下面的命令：
zcat ini tramfs_data.cpio.gz | cpio -t
在标准输出中打出文件名列表。
使用 -v 选项可以在cpio命令执行时输出详细信息：在打包或展开文件时，输出已处理的文件名;与 -t 选项连用时，则显示文件的详细信息，类似 ls -l 的输出内容。-V 选项则用打点的方式，显示cpio命令的执行进度信息，一个点代表处理一个文件。
二十、switch_root 命令
除了基于init ramfs的系统(如第四节的mini linux)，通常init ramfs都是为安装最终的根文件系统做准备工作，它的最后一步需要安装最终的根文件系统，然后切换到新根文件系统上去。以往的基于ramdisk 的initrd 使用pivot_root命令切换到新的根文件系统，然后卸载ramdisk。但是init ramfs是rootfs，而rootfs既不能pivot_root，也不能umount。为了从init ramfs中切换到新根文件系统，需要作如下处理：
(1)删除rootfs的全部内容，释放空间
find -xdev / -exec rm '{}' ';'
(2)安装新的根文件系统，并切换
cd /newmount; mount --move . /; chroot .
(3)把stdin/stdout/stderr 附加到新的/dev/console，然后执行新文件系统的init程序
上述步骤比较麻烦，而且要解决一个重要的问题：第一步删除rootfs的所有内容也删除了所有的命令，那么后续如何再使用这些命令完成其他步骤?busybox的解决方案是，提供了switch_root命令，完成全部的处理过程，使用起来非常方便。
switch_root命令的格式是：
switch_root [-c /dev/console] NEW_ROOT NEW_INIT [ARGUMENTS_TO_INIT]
其中NEW_ROOT是实际的根文件系统的挂载目录，执行switch_root命令前需要挂载到系统中;NEW_INIT是实际根文件系统的init程序的路径，一般是/sbin/init;-c /dev/console是可选参数，用于重定向实际的根文件系统的设备文件，一般情况我们不会使用;而ARGUMENTS_TO_INIT则是传递给实际的根文件系统的init程序的参数，也是可选的。
需要特别注意的是：switch_root命令必须由PID=1的进程调用，也就是必须由init ramfs的init程序直接调用，不能由init派生的其他进程调用，否则会出错，提示：
switch_root: not rootfs
也是同样的原因，init脚本调用switch_root命令必须用exec命令调用，否则也会出错，提示：
switch_root: not rootfs
二十一、实践：用init ramfs安装CLFS根文件系统
现在实践一下switch_root命令，用它切换一个CLFS的根文件系统硬盘分区。我的CLFS安装在/dev/sda8硬盘分区，我们就以此为例说明。
我们还是在以前的image目录中构建
(1)改写init脚本
#!/bin/sh
mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys
mdev -s
mount /dev/sda8 /mnt (注意：为了简单，我们直接把CLFS分区写死在init脚本中了)
exec switch_root /mnt /sbin/init
(2)生成新的initrd
按上一节“精通init ramfs构建step by step (五)：initrd”描述的cpio命令生成新的initrd。
(3)把新的initrd拷贝到CLFS分区的/boot目录下，改名为clfs-initrd
(4)在GRUB的menu.lst配置文件中增加一个启动项
#test for init ramfs of CLFS
title test for init ramfs of CLFS (on /dev/sda8)
root (hd0,7)
kernel /boot/clfskernel-2.6.17.13 (注意：并没有向内核传递root参数信息)
initrd /boot/clfs-initrd
全部做完后，重启机器，选择 test for init ramfs of CLFS 启动项，机器顺利进入了CLFS系统，我们构建的init ramfs用switch_root命令完成了CLFS实际根文件系统的安装和切换。
# mount -t ramfs none /RAM1
（以kbyte为单位）选项来改变。
# mkdir -p /RAM1
# mount -t ramfs none /RAM1 -o maxsize=10000
以上即创建了一个限定了最大使用内存大小为10M的ramdisk。
Tmpfs是一个虚拟内存文件系统，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。
# mkdir -p /mnt/tmpfs
# mount tmpfs /mnt/tmpfs -t tmpfs
为了防止tmpfs使用过多的内存资源而造成系统的性能下降或死机，可以在加载时指定tmpfs文件系统大小的最大限制。
# mount tmpfs /mnt/tmpfs -t tmpfs -o size=32m
以上创建的tmpfs文件系统就规定了其最大的大小为32M。不管是使用ramfs还是tmpfs，必须明白的是，一旦系统重启，它们中的内容将会丢失。所以那些东西可以放在内存文件系统中得根据系统的具体情况而定。
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