Linux中的Ramdisk与Initrd

3/23/2008来源:软件工程人气:13050

Linux中的Ramdisk与Initrd(图一)

Ramdisk简介

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,例如:
redice # mkfs.ext2 /dev/ram0 mke2fs 1.38 (30-Jun-2005) Filesystem label= OS type: linux Block size=1024 (log=0) Fragment size=1024 (log=0) 2048 inodes, 8192 blocks 409 blocks (4.99%) reserved for the super user First data block=1 1 block group 8192 blocks per group, 8192 fragments per group 2048 inodes per group Writing inode tables: done Writing superblocks and filesystem accounting information: done This filesystem will be automatically checked every 24 mounts or 180 days, whichever comes first. Use tune2fs -c or -i to override. redice # mount /dev/ram0 /mnt/rd redice # ls /mnt/rd lost+found redice # mount /dev/hda2 on / type ext3 PRoc on /proc type proc (rw) /dev/ram0 on /tmp/xxx type ext2 (rw)
当然,Ramdisk与硬盘分区有其不同的地方,例如RAM disk不适合作为长期保存文件的介质,掉电后Ramdisk的内容会随内存内容的消失而消失。Ramdisk的其中一个优势是它的读写速度高,可以被用作需要高速读写的文件。但在2.6版本后,Ramdisk的这一作用开始被tmpfs(Virtual memory file system support)取代。 回到上面的例子,我们格式化了一个ramdisk(/dev/ram0)并且将其mount到/mnt/rd目录下,那么这个Ramdisk有多大呢?先看一下:
redice # df -h /dev/ram2 Filesystem 容量 已用 可用 已用% 挂载点 /dev/ram0 7.8M 1.0K 7.4M 1% /mnt/rd
从上面的信息看出,ramdisk有大约7.8M的可用空间。我们再试一下另外的文件系统,重新格式化成minix分区并挂接试一下:
redice # umount /mnt/rd redice # mkfs.minix /dev/ram0 2752 inodes 8192 blocks Firstdatazone=90 (90) Zonesize=1024 Maxsize=268966912 redice # mount /dev/ram0 /mnt/rd redice # df -h /dev/ram0 Filesystem 容量 已用 可用 已用% 挂载点 /dev/ram0 8.0M 1.0K 8.0M 1% /mnt/rd
现在看出来了,的确是8M(这同时说明,EXT2文件系统本身要占用一定的存储空间,相比之下minix文件系统要少些),这个空间是在编译核心时就确定下来了,在配置Ramdisk时,有一个叫 Default RAM disk size 的参数决定默认情况下Ramdisk的大小。可以通过核心命令行参数(ramdisk_size)来改变这个值,例如要设置Ramdisk的大小为16M,在grub中可以用:
# grub.conf - default=0 timeout=10 splashimage=(hd0,0)/grub/splash.XPm.gz title Redice Linux root (hd0,0) kernel /vmlinuz ro root=LABEL=/ hdc=ide-scsi ramdisk_size=16384 initrd /initrd
这样,Ramdisk的大小就变成16M了。这个参数是Ramdisk直接编译到核心时才能使用的,假如Ramdisk编译为模块,则应该使用模块参数来设置Ramdisk的大小:
redice # insmod rd rd_size=16384
Linux中的Ramdisk与Initrd(图二)
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);
  • ramdisk - 与ramdisk_size的作用相同;
  • ramdisk_blocksize - ramdisk的块大小,默认情况为1024;
当以模块的形式译时,模块支持以下几个加载参数:
  • rd_size - 同上面的ramdisk_size或ramdisk参数;
  • rd_blocksize - 同上面的ramdisk_blocksize;

initrd

上面已经提到,Ramdisk需要先格式化然后理能使用。那么,假如核心希望使用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:
  1. 格式化一个 Ramdisk;
  2. 加载文件系统内容到Ramdisk;
  3. 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;
假如核心选择了Gzip支持(通常这是默认的,在init/do_mounts_rd.c中定义的BUILD_CRAMDISK宏)还可以使用Gzip压缩的initrd。相关的代码可以在核心源码 drivers/block/rd.c:identify_ramdisk_image 中找到。

制作initrd

制作initrd传统的作法是通过软盘(显然过时了,不介绍了)、ramdisk或loop设备(/dev/loop)。通过ramdisk来制作的方法比较简单(以ext2文件系统为例):
redice # mkfs.ext2 /dev/ram0 redice # mount /dev/ram0 /mnt/rd redice # cp _what_you_like_ /mnt/rd # 把需要的文件复制过去 redice # dd if=/dev/ram0 of=/tmp/initrd redice # gzip -9 /tmp/initrd
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。 通过loop设备来制作initrd的过程:
redice # dd if=/dev/zero of=/tmp/initrd bs=1024 count=4096 # 制作一个4M的空白文件 redice # losetup /dev/loop0 /tmp/initrd # 映射到loop设备上; redice # mkfs.ext2 /dev/loop0 # 创建文件系统; redice # mount /dev/loop0 /mnt/rd redice # cp _what_you_like_ /mnt/rd # 复制需要的文件; redice # umount /mnt/rd redice # losetup -d /dev/loop0 redice # gzip -9 /tmp/initrd
不过,现在已经有了一些更好的工具来完成这些工作,包括genromfs(UClinux里常用的工具),genext2fs,mkcramfs等。这些工具提供了一些方便开发的新特性,例如,不需要上面烦索的过程,只要将文件复制到某个目录中,将其作为根目录,即可生成initrd;另一个重要的改进是,这些工具都可以以普通用户的身份来生成initrd。 未完,待续…(补充有关如何加载ARM中如何使用initrd作为根文件系统等)

链接和参考文档

文档

  • Linux文档中关于ramdisk的介绍,核心目录里 Documentation/ramdisk.txt;
  • Linux文档中关于initrd的介绍,核心目录 Documentation/initrd.txt;

  • Linux文档中关于tmpfs的介绍,核心目录 Documentation/filesystems/tmpfs.txt;
  • How to use a Ramdisk for Linux;

资源

  • genromfs - genromfs is a space-efficient, small, read-only filesystem originally for Linux and used by some Linux based projects.
  • genext2fs - Simply, it generates an ext2 filesystem as a normal (i.e. non-root) user. It doesn't require you to mount the image file to copy files on it. It doesn't even require you to be the superuser to make device nodes or set group/user ids.
  • cramfs - cramfs is a Linux filesystem designed to be simple, small, and to compress things well. It is used on a number of embedded systems and small devices.