「initrd」- initrd | InitRD | Initial RAM Disk

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认识

initrd（Initial RAM Disk）是一个临时的、基于内存的虚拟磁盘（块设备），其“在 Linux Kernel 启动后”“真正的根文件系统被挂载之前”被加载到内存中使用。它的核心作用是作为一个桥梁，为 Kernel 提供挂载真实根文件系统所必需的驱动程序和工具。initrd 是 Linux 启动过程中一个历史悠久的、至关重要的组件。它通过提供一个临时的内存磁盘，解决了 Kernel 无法直接挂载复杂根文件系统的核心难题。理解 initrd 的工作原理对于深入理解 Linux 系统启动流程至关重要。

组成

它是个文件系统，initrd 的本质是一个经 gzip 压缩的文件系统镜像（通常是 `ext2` 格式）。很多发行版使用 ext2 格式。

其中包含部分关键的 Kernel Module 及某些特殊功能代码。

Bootloader 将其加载到内存，Kernel 将其解压到内存中，并将其作为文件系统挂载，以从中获取或执行必要文件。
Kernel 为了识别 initrd 该文件系统，需要相关的驱动（中间文件系统驱动）。

查看 initrd 内容：linux – Why is it that my initrd only has one directory, namely, ‘kernel’? – Unix & Linux Stack Exchange

技术原理与工作流程

整个启动过程如下：

  1. BIOS/UEFI：执行硬件自检，并加载引导程序（如 GRUB）。
  2. Bootloader (GRUB)：根据配置文件，将 Linux Kernel 和 initrd 镜像文件加载到内存的指定位置，然后将控制权交给 Kernel。
  3. Linux Kernel：
    • Kernel 解压并执行。
    • Kernel 将内存中的 initrd 镜像解压缩，并将其内容加载到一个虚拟的块设备（如 `/dev/ram0`）中。
    • Kernel 将该内存块设备格式化为其内部的文件系统（如 `ext2`），并将其挂载为临时的根文件系统。
  4. 执行 /linuxrc：
    • Kernel 会在该临时根文件系统中寻找并执行一个名为 `/linuxrc` 的脚本（或可执行文件）。这是 initrd 环境的初始化进程。
  5. /linuxrc 的任务：
    • 该脚本负责完成挂载真实根文件系统的所有准备工作，通常包括：
      1. 加载 Kernel Module：通过 `insmod` 命令加载访问真实磁盘所需的驱动（如 SCSI 控制器、文件系统驱动）。
      2. 提供解密接口：如果根文件系统被加密，脚本会启动交互界面，提示用户输入密码，并使用工具（如 `cryptsetup`）进行解密。
      3. 激活逻辑卷：如果使用了 LVM，则使用 `vgscan` 和 `vgchange` 命令激活卷组。
      4. 创建设备节点：在 `/dev` 目录下创建正确的设备节点（如 `/dev/mapper/vg0-root`）。
  6. 挂载真正的根文件系统：
    • `/linuxrc` 脚本使用 `mount` 命令将准备好的真实根文件系统（如 `/dev/mapper/vg0-root`）挂载到一个临时目录（如 `/mnt/root`）。
  7. 切换根目录（Pivot Root）：
    • 脚本执行 `pivot_root` 系统调用，将当前进程的根目录从 initrd 的根（`/`）切换到刚刚挂载好的真实根文件系统（如 `/mnt/root`）。
  8. 清理与移交控制权：
    • 卸载 initrd 文件系统。
    • 释放 initrd 占用的内存。
    • 最后，执行真实根文件系统中的 `/sbin/init`（通常是 Systemd 或 SysVinit），由它来接管后续的所有启动过程和服务管理。

性质

优点：

  • 解决了核心问题：成功解决了 Kernel 无法直接访问复杂存储设备的启动悖论。
  • 模块化：允许将非必需的驱动程序作为可加载模块，从而保持 Kernel 本身非常小巧和通用。

缺点：

  • 效率较低：因为它模拟了一个完整的块设备（`/dev/ram0`），这增加了一层不必要的抽象。Kernel 需要先处理该虚拟块设备，再处理其上的文件系统，造成了额外的开销。
  • 大小限制：initrd 镜像的大小在启动时就需要确定，无法动态调整。

构建

查看 initrd 内容

即使现在的 `initrd.img` 文件是 initramfs 格式，你仍然可以查看其内容：

# 1. 复制文件并解压（通常是 gzip 压缩的）
cp /boot/initrd.img-$(uname -r) /tmp/initrd.gz
cd /tmp
mkdir extracted
cd extracted
# 2. 解压并解包 cpio 归档
zcat ../initrd.gz | cpio -idmv

执行后，当前目录就会展开 initrd/initramfs 的完整文件结构，你可以查看里面的脚本、工具和模块。

改进

其已被更高效、更简单的 initramfs 技术所取代，今天，我们通常所说的“initrd”实际上指的就是它的继任者“initramfs”。initramfs 是 initrd 的现代继承者和替代品。如今，initramfs 已经完全取代了传统的 initrd。虽然很多 Linux 发行版和文档出于习惯仍将启动镜像称为 `initrd`（例如 `/boot/initrd.img-xxx`），但在技术上它们几乎都是 initramfs 格式。如今，initramfs 已经完全取代了 initrd。虽然很多系统和文档中仍沿用 `initrd` 这个名字，但技术上它们指的都是 initramfs。

参考

DeepSeek / 介绍 initrd
Documentation/initrd.txt
Initial ramdisk – Wikipedia