ramdisk与 initrd、initramfs的关系

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1、ramdisk、initrd是什么？

ramdisk是一种基于内存的虚拟文件系统，通常用于放置内核的中间数据。
而initrd全称为”boot loader initialized RAM disk”，也就是由启动加载器所初始化的RamDisk设备，它的作用是完善内核的模块机制，让内核的初始化流程更具弹性；内核以及initrd，都由bootloader在机子启动后被加载至内存的指定位置，主要功能为按需加载模块以及按需改变根文件系统。更详细的内容，请参阅initrd的man手册，里面阐述了内核开发者对initrd制订的功能标准。命令：man initrd

2、/dev/ram0 这个设备是哪来的?

答： 拷贝initrd内容到/dev/ram0 上时文件系统已经被加载，只是没有设置根文件系统，内核的初始化流程还没有进入用户层而已，我们当然不能知道是否有这个设备，但的确是存在的。
      所谓文件系统，就是VFS，而根文件系统是其中的一个属性项而已；而每个设备本身是内核数据区里的一个数据结构，经过VFS的映射，才被用户层视为一个文件。所以，内核要创建继而访问一个设备，是可以直接传递”/dev/ram”这样的参数给create_dev函数来实现的。
       至于设置根文件系统，只是C语言里对一个数据结构的成员赋值而已。而所谓目录项，也是内核数据区里的一个数据结构。要创建/dev/ram0，只需赋值根文件系统的值，创建dev目录项，并且创建这个ram设备即可。
      要区分内核层以及用户层的区别，可以用一个很简单的逻辑来解释，试想一个，你在用户层删除了/dev里的ram0，那是不是内核就没有了这个设备了呢？再想，如果你删除了你正在使用的硬盘的设备节点/dev/hda，那么是不是内核就不能操作硬盘了呢？答案是很明显的，没有了设备节点，只意味着用户不能操作该设备，并不代表内核不能访问该设备。在最新的设备管理体系中，设备管理的操作逻辑是放在用户层的，那就是udev，默认的规则中没有/dev/eth0设备节点，但你可以照样上网。

3、在 grub 中使用到的 initrd ，是用来做什么的？如何做到？

答：GRUB中只是简单地把initrd拷贝在内存中指定的位置而已，没有对它做进一步的操作，只是将initrd的大小放在内核setup.S的头部数据区域，由内核来初始化这段内存区域。

请看内核初始化代码init中的initramfs.c代码片断：

代码:

#ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
if (initrd_start) {
int fd;
printk(KERN_INFO “checking if image is initramfs…”);
                /*这里的initrd_start和initrd_end就是GRUB放置initrd的内存区域的范围*/
err = unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,
initrd_end – initrd_start, 1);
if (!err) {
printk(” it is “);
unpack_to_rootfs((char *)initrd_start,
initrd_end – initrd_start, 0);
free_initrd_mem(initrd_start, initrd_end);
return;
}
printk(“it isn’t (%s); looks like an initrd “, err);
fd = sys_open(“/initrd.image”, O_WRONLY|O_CREAT, 700);
if (fd >= 0) {
sys_write(fd, (char *)initrd_start,
initrd_end – initrd_start);
sys_close(fd);
free_initrd_mem(initrd_start, initrd_end);
}
}
#endif

GRUB不参与Linux内核的初始化！它是与内核独立的。

记住，GRUB与Linux内核交互的方式遵循一种协议，目前的协议版本为2.02；GRUB通过”setup head”区域与内核交换数据。
      假设内核映像为kernel.img，那么这个img文件里就包含着三截代码段(在编译内核的最后阶段生成)，第一段是bootsect.S，就是旧的内核内置启动器，它的地位已经被GRUB替代，所以被丢弃不用；第二段是setup.S，由GRUB负责将其放置到物理地址0x90200上，它的头部就是前面提及的所谓head区，GRUB会把需要告诉内核的信息例如initrd的物理起始地址以及大小，放在这个head区；第三段就是真正的压缩内核映像，视乎其体积类型，如果是大内核，就将这段内核映像放至0x100000。
      那么，在初始化页表的时候，内核会搬动head区的数据到合适的位置，里面的数据就会被内核初始化所利用，所以内核就得知了initrd的所有信息。
      也就是说,setup.S 前面一段是用来在grub和内核之间传递参数的,如果在grub 中设置了 initrd的话,grub会读出该文件的地址以及文件的大小,然后将其写入setup.S的head区的特定地方,待内核启动时使用.grub引导结束后,应该跳转至setup.S执行.

这样的initrd.img文件是由grub载入内存，然后再将内存中的initrd信息告诉内核，让内核进行初始化。

内核文件头部是这样一个数据结构：

/* For the Linux/i386 boot protocol version 2.03. */
struct linux_kernel_header
{
char code1[0x0020];
unsigned short cl_magic; /* Magic number 0xA33F */
unsigned short cl_offset; /* The offset of command line */
char code2[0x01F1 – 0x0020 – 2 – 2];
unsigned char setup_sects; /* The size of the setup in sectors */
unsigned short root_flags; /* If the root is mounted readonly */
unsigned short syssize; /* obsolete */
unsigned short swap_dev; /* obsolete */
unsigned short ram_size; /* obsolete */
unsigned short vid_mode; /* Video mode control */
unsigned short root_dev; /* Default root device number */
unsigned short boot_flag; /* 0xAA55 magic number */
unsigned short jump; /* Jump instruction */
unsigned long header; /* Magic signature “HdrS” */
unsigned short version; /* Boot protocol version supported */
unsigned long realmode_swtch; /* Boot loader hook */
unsigned long start_sys; /* Points to kernel version string */
unsigned char type_of_loader; /* Boot loader identifier */
unsigned char loadflags; /* Boot protocol option flags */
unsigned short setup_move_size; /* Move to high memory size */
unsigned long code32_start; /* Boot loader hook */
unsigned long ramdisk_image; /* initrd load address */
unsigned long ramdisk_size; /* initrd size */
unsigned long bootsect_kludge; /* obsolete */
unsigned short heap_end_ptr; /* Free memory after setup end */
unsigned short pad1; /* Unused */
char *cmd_line_ptr; /* Points to the kernel command line */
unsigned long initrd_addr_max; /* The highest address of initrd */
} __attribute__ ((packed));

grub 首先把vmlinuxz装载入内存，然后把initrd装载入内存，并initrd的装载地址
填入vmlinuxz的头部相应位置

4、grub能知道该把intrd.img这个文件放在内存的什么地方才安全吗?

答：Linux为它的启动制订了一个标准协议，GRUB或者LILO要启动Linux，就必须遵循这个协议。该协议放在内核源码目录的”Documentation/i386/boot.txt”。
      根据这个协议，initrd的位置尽可能地放在内存的高地址，这个高地址的值取决于机器的架构，但为了达到最大的兼容性，一般放在16MB靠后的地方，因为16MB是i286能识别的最大内存。另外，不同的bootloader，对initrd的加载地址可能有点差异，但只要不覆盖内核以及内核初始化可能要用的数据区即可。

5、struct linux_kernel_header在哪个文件中定义的阿？

答：grub-0.97源码 /stage2/share.h文件中
      linux 内核 linux-2.6.18/Documentation/i386/boot.txt 也说明了头部结构
The header looks like:

Offset Proto Name Meaning
/Size

01F1/1 ALL(1 setup_sects The size of the setup in sectors
01F2/2 ALL root_flags If set, the root is mounted readonly
01F4/4 2.04+(2 syssize The size of the 32-bit code in 16-byte paras
01F8/2 ALL ram_size DO NOT USE – for bootsect.S use only
01FA/2 ALL vid_mode Video mode control
01FC/2 ALL root_dev Default root device number
01FE/2 ALL boot_flag 0xAA55 magic number
0200/2 2.00+ jump Jump instruction
0202/4 2.00+ header Magic signature “HdrS”
0206/2 2.00+ version Boot protocol version supported
0208/4 2.00+ realmode_swtch Boot loader hook (see below)
020C/2 2.00+ start_sys The load-low segment (0x1000) (obsolete)
020E/2 2.00+ kernel_version Pointer to kernel version string
0210/1 2.00+ type_of_loader Boot loader identifier
0211/1 2.00+ loadflags Boot protocol option flags
0212/2 2.00+ setup_move_size Move to high memory size (used with hooks)
0214/4 2.00+ code32_start Boot loader hook (see below)
0218/4 2.00+ ramdisk_image initrd load address (set by boot loader)
021C/4 2.00+ ramdisk_size initrd size (set by boot loader)
0220/4 2.00+ bootsect_kludge DO NOT USE – for bootsect.S use only
0224/2 2.01+ heap_end_ptr Free memory after setup end
0226/2 N/A pad1 Unused
0228/4 2.02+ cmd_line_ptr 32-bit pointer to the kernel command line
022C/4 2.03+ initrd_addr_max Highest legal initrd address

在文件arch/i386/boot/bootsect.S可以看到这个结构的影子

.org 497
setup_sects: .byte SETUPSECTS
root_flags: .word ROOT_RDONLY
syssize: .word SYSSIZE
swap_dev: .word SWAP_DEV
ram_size: .word RAMDISK
vid_mode: .word SVGA_MODE
root_dev: .word ROOT_DEV
boot_flag: .word 0xAA55

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