精通initramfs构建step by step

（一）hello world 

一、initramfs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initramfs。编译2.6版本的linux内核时，编译系统总会创建initramfs，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initramfs的，其中的initramfs_data.cpio.gz文件就是initramfs。缺省情况下，initramfs是空的，X86架构下的文件大小是134个字节。 
二、构建第一个initramfs：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initramfs，以说明initramfs的基本构建方法。 
initramfs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 initramfs.\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initramfs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initramfs的构建了： 
在general setup配置目录下的initramfs sources配置项下输入image的路径名，比如我的路径就是/home/wyk/initramfs-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，initramfs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initramfs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 initramfs. 
哈哈，我们构建的initramfs已经能够正常工作了！ 
（二）initramfs的前世今生 
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，initramfs的文件会复制到rootfs。如果把initramfs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，initramfs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initramfs的前世今生。 

（三）：busybox 
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initramfs。 
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= 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initramfs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initramfs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。 

（四）：mini linux 
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initramfs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initramfs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。 
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initramfs。 
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）initramfs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initramfs，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initramfs 
（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initramfs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。 

（五）initrd 
十七、配置内核支持initrd 
到目前为止，我们的initramfs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initramfs，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 ( initramfs/initrd ) support 配置项；再到 General Setup 配置目录项下，将 initramfs 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initramfs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initramfs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 ~/initramfs-test/initramfs_data.cpio.gz，指定initrd的文件路径。 
好了，试验一下新的initrd方式的initramfs吧，效果跟先前的完全一样。 
十八、用cpio命令生成initramfs 
cpio 命令有三种操作模式：copy－out、copy－in、copy－pass，生成initramfs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~/initramfs-test/image目录下的文件打包成initramfs，执行下面的命令： 
find . | cpio -o -H newc | gzip > ../image.cpio.gz 
命令执行完毕后，在~/initramfs-test目录下就会生成文件名为imgae.cpio.gz的initramfs。 
上面cpio命令的 -H 选项指定打包文件的具体格式，要生成initramfs，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 initramfs... kernel panic - not syncing: no cpio magic 
在QEMU试验环境下试验一下新的initrd方式的initramfs，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initramfs_data.cpio.gz 展开到~/initramfs-test/initramfs_data目录下，则使用下列命令： 
mkdir ~/initramfs-test/initramfs_data 
cd ~/initramfs-test/initramfs_data 
cpio -i -F ../initramfs_data.cpio.gz --no-absolute-filename 
命令执行完毕后，initramfs_data目录下出现多个目录和文件，用diff命令比较initramfs_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initramfs使用了绝对路径名，所以这个选项必须使用，否则initramfs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initramfs_data.cpio.gz中都有哪些文件，我们就可以用下面的命令： 
zcat initramfs_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。 
（六）switch_root 
二十、switch_root 命令 
除了基于initramfs的系统（如第四节的mini linux），通常initramfs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initramfs是rootfs，而rootfs既不能 pivot_root，也不能umount。为了从initramfs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initramfs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initramfs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initramfs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 initramfs of CLFS 
title test for initramfs 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 initramfs of CLFS 启动项，机器顺利进入了CLFS系统，我们构建的initramfs用switch_root命令完成了CLFS实际根文件系统的安装和切换。 

（七）modules
二十二、内核模块支持 
到目前为止，我们在构建initramfs时还没有涉及内核模块的支持，所用到的硬件驱动程序都是直接编译到内核中。现在我们就看看如何使initramfs支持内核模块。 
首先，内核配置要支持模块，并支持内核模块的自动加载功能：在内核配置菜单中的激活下面的配置项，编译进内核 Load module support / Enable loadable module support / Automatic kernel loading ； 
然后把需要的硬件驱动程序配置模块形式，比如把我的机器上的硬盘控制器的驱动编译成模块，则选择 
Device Driver 
|---->SCSI device support 
|---->SCSI disk support 
|----->verbose SCSI error reporting (不是必须的，但可方便问题定位) 
|----->SCSI low-level drivers 
|---->Serial ATA (SATA) support 
|---->intel PIIX/ICH SATA support 
把它们配置成模块。 
最后，编译内核，并把编译好的内核模块安装到image的目录下： 
make 
make INSTALL_MOD_PATH=~/initramfs-test/image modules_install 
命令执行完毕后，在image/lib/modules/2.6.17.13/kernel/drivers/scsi目录下安装了4个内核模文件：scsi_mod.ko、sd_mod.ko、ata_piix.ko、libata.ko，它们就是所需的硬盘控制器的驱动程序。 
好了，都准备好了，可以用cpio命令生成inintramfs了。不过，为了方便后面的试验，我们再把init脚本改成 
#!/bin/sh 
mount -t proc proc /proc 
mount -t sysfs sysfs /sys 
mdev -s 
exec /bin/sh 
使系统启动后进入shell环境，并且用exec调用的方式，使shell的pid为1，能够执行switch_root命令。 
二十三、试验：用initramfs中的内核模块安装硬盘文件系统 
用新生成的initramfs启动系统，内核并没有自动加载硬盘控制器的驱动程序，所以 /dev目录下也没有sda等硬盘设备文件。好吧，我们自己加载内核模块文件。不幸的是，busybox的modprobe命令执行不正常，不能加载内核模块。怀疑是busybox的modprobe命令配置或编译有问题，后续再花时间定位吧，先用insmod命令依次加载。查看/lib/modules /2.6.17.13/modules.dep，弄清楚了4个模块的依赖关系，执行下面的命令加载： 
insmod scsi_mod 
insmod libata 
insmod ata_piix 
insmod sd_mod 
然后再用 
mdev -s 
命令生成硬盘的设备文件。 
好了，可以安装CLFS的硬盘分区，并把根文件系统切换到CLFS的硬盘分区： 
mount /dev/sda8 /mnt 
exec switch_root /mnt /sbin/init 
系统正常启动到了CLFS，我们可以做到用initramfs中的硬盘控制器的驱动模块安装硬盘分区了。 
二十四、mdev的hotplug模式 
上面的试验中，我们在加载完驱动模块后调用了mdev -s 命令来生成硬盘的设备文件。其实，可以使用mdev的hotplug模式在加载内核时自动生成对应的设备文件： 
在执行insmod命令前，用 
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug 
命令设置系统的hotplug程序为mdev。 
后续使用insmod命令加载模块时，系统自动调用mdev生成相应的设备文件。 
注意：内核必须配置支持hotplug功能，而前面提到的CLFS最简内核配置方案是没有配置hotplug支持的。 
（八）coldplug 
二十五、udev的coldplug模式 
内核在启动时已经检测到了系统的硬件设备，并把硬件设备信息通过sysfs内核虚拟文件系统导出。udev扫描sysfs文件系统，根据硬件设备信息生成热插拔（hotplug）事件，udev再读取这些事件，生成对应的硬件设备文件。由于没有实际的硬件插拔动作，所以这一过程被称为coldplug。我们的initramfs就是利用这一机制，加载硬件设备的驱动程序模块。 
udev完成coldplug操作，需要下面三个程序： 
udevd——作为deamon，记录hotplug事件，然后排队后再发送给udev，避免事件冲突（race conditions）。 
udevtrigger——扫描sysfs文件系统，生成相应的硬件设备hotplug事件。 
udevsettle——查看udev事件队列，等队列内事件全部处理完毕才退出。 
在initramfs的init脚本中可以执行下面的语句实现coldplug功能： 
mkdir -p /dev/.udev/db 
udevd --daemon 
mkdir -p /dev/.udev/queue 
udevtrigger 
udevsettle 
许多文档提到的在udevd --daemon 命令前要执行 
echo > /proc/sys/kernel/hotplug 
命令，经验证，在我们的initramfs环境下的coldplug功能中并不需要。 
二十六、试验：用udev自动加载设备驱动模块 
了解了udev的coldplug的机理，我们就试验一下用udev自动加载设备驱动模块，并生成硬件设备文件。 
（1）从 /sbin 目录下拷贝udevd、udevtrigger、udevsettle程序到image目录下的sbin目录下，并用ldd命令找到它们所需要的动态库文件，拷贝到image目录下的lib目录下。 
（2）修改init脚本，增加coldplug功能： 
#!/bin/sh 
mount -t proc proc /proc 
mount -t sysfs sysfs /sys 
mdev -s 
#using udev autoload hard disk driver module 
mkdir -p /dev/.udev/db 
udevd --daemon 
mkdir -p /dev/.udev/queue 
udevtrigger 
udevsettle 
mount /dev/sda8 /mnt 
killall udevd 
exec switch_root /mnt /sbin/init 
注意：在切换到真正根文件系统前，要把udevd进程杀掉，否则会和真正根文件系统中的udev脚本的执行相冲突。这就是上面killall udevd 语句的作用。 
（3）编写udev规则文件 
规则文件是udev的灵魂，没有规则文件，udev无法自动加载硬件设备的驱动模块。为了简单，我们直接使用CLFS中的40- modprobe.rules，把它拷贝到image目录下的etc/udev/rules.d目录。有关udev的规则文件编写，已超出了本文的范围，后续我有可能专文描述。 
########################################################################
# 
# Description : 40-modprobe.rules 
# 
# Authors : Based on Open Suse Udev Rules 
# 
[e-mail]

# 
# Adapted to : Jim Gifford 
# LFS : Alexander E. Patrakov 
# 
# Version : 00.01 
# 
# Notes : 
# 
########################################################################
# hotplug 
ENV{MODALIAS}=="?*", RUN+="/sbin/modprobe $env{MODALIAS}" 
# scsi 
SUBSYSTEM=="scsi_device", ACTION=="add", SYSFS{device/type}=="0|7|14", RUN+="/sbin/modprobe sd_mod" 
SUBSYSTEM=="scsi_device", ACTION=="add", SYSFS{device/type}=="1", SYSFS{device/vendor}=="On[sS]tream", RUN+="/sbin/modprobe osst" 
SUBSYSTEM=="scsi_device", ACTION=="add", SYSFS{device/type}=="1", RUN+="/sbin/modprobe st" 
SUBSYSTEM=="scsi_device", ACTION=="add", SYSFS{device/type}=="[45]", RUN+="/sbin/modprobe sr_mod"
SUBSYSTEM=="scsi_device", ACTION=="add", RUN+="/sbin/modprobe sg" 
# floppy 
KERNEL=="nvram", ACTION=="add", RUN+="load_floppy_module.sh" 
注意：上面的 
ENV{MODALIAS}=="?*", RUN+="/sbin/modprobe $env{MODALIAS}" 
语句是实现自动加载硬件设备驱动模块功能的关键，它根据sysfs文件系统中记录的模块aliases数据，用modprobe命令加载对应的内核模块。有关模块aliases的进一步说明，可参考CLFS手册（CLFS-1.0.0-x86）中的11.5.2.4. Module Loading一节的描述。 
（4）拷贝modprobe命令 
前一节提到过，busybox的modprobe 命令不能正常使用，所以我们需要拷贝 /sbin 目录下的modprobe命令到image目录下的sbin目录，供udev加载内核模块使用。再用ldd命令检查一下 /sbin/modprobe 命令所需的动态库文件，如果有则拷贝到image/lib目录下。（我的检查结果是，除了libc6外，不需要其他动态库，所以不需要拷贝） 
好了，重新生成initramfs，启动CLFS系统，initramfs能够自动加载硬盘设备的驱动模块，系统顺利地从initramfs切换到了真正的CLFS的根文件系统。 

（九）内核编译时构建initramfs补遗 
二十七、直接把cpio打包文件编译进内核 
如果我们有一个已经做好的cpio格式的initramfs，可以在内核编译时直接编译进内核。回忆一下
第一节
的内容，我们在内核配置参数中的initramfs sources配置项下输入构建initramfs的目录路径。其实我们也可以直接输出现成的initramfs的文件名，这样在内核编译时，就可以把它编译进内核了。 
使用这种方法，有两点需要注意： 
（1）cpio文件不能压缩。一般作为initrd的cpio文件都经过了压缩，所以编译前需要先把压缩过的文件解压。 
（2）cpio文件的后缀名必须是 .cpio。内核编译通过 .cpio的后缀名来识别此文件是cpio打包文件，而其他文件后缀名则会被认为是initramfs构建的描述文件（关于描述文件，下面后详细说明）。 
二十八、用描述文件构建initramfs 
用内核编译工具构建initramfs的第三种方法是使用描述文件。在内核配置参数中的initramfs sources配置项下可以输入initramfs构建描述文件的文件名，内核编译工具根据描述文件完成initramfs的构建。 
描述文件的语法格式的说明如下： 
# a comment 
file      
dir     
nod        
slink      
pipe     
sock    
name of the file/dir/nod/etc in the archive 
location of the file in the current filesystem 
link target 
mode/permissions of the file 
user id (0=root) 
group id (0=root) 
device type (b=block, c=character) 
major number of nod 
minor number of nod 
例子： 
我们用描述文件的方式，构建第一节中的hello world的initramfs。 
hello-init.desp: 
dir /dev 0755 0 0 
nod /dev/console 0600 0 0 c 5 1 
file /init /home/wyk/initramfs-test/hello_static 0755 0 0 
在内核配置项initramfs sources中指定描述文件hello-init.desp，编译内核时就会生成hello world的initramfs，运行效果与第一节用指定构建目录的方法构建的initramfs的完全相同。 
注意：在内核帮助文件中，提到initramfs sources配置项可以指定多个目录或描述文件，内核会汇集这些目录或文件生成一个initramfs。但从我的试验来看，initramfs sources只接受单一的目录名或文件名，输出多个目录名或文件名（之间用空格分隔），内核编译时就会出错。也许是我的方法有误，还望读者指正。 

（十）uclibc 
二十九、toolchain 
在initramfs中使用uclibc库，关键是构建uclibc的工具链toolchain。构建uclibc 的 toolchain 有两种主要方式：（1）用buildroot工具（ 
http://buildroot.uclibc.org/
）自动构建，这也是uclibc的官方标准做法。（2）用CLFS Embedded手册的方法手工创建。目前CLFS Embedded还在开发中，可在
http://cross-lfs.org/view/clfs-embedded/x86/
中查阅。 
我们简单地说明用buildroot工具构建uclbic的toolchain的步骤： 
（1）获取buildroot。 
推荐用svn命令从它的版本库中下载： 
svn co svn://uclibc.org/trunk/buildroot 
要求使用svn命令，需要先安装subversion软件包。下载过程中，可能会出现连接异常中断的情况，这时重新执行上述命令，继续进行下载，有可能要重复多次。 
（2）配置buildroot 
因为我们只是创建toolchain，所以需要做相应的配置。在buildroot的顶层目录下，执行 
make menuconfig 
命令，在缺省配置的基础上做如下配置 
Target Architecture: i386 
Target Architecture Variant: i686 
Package Selection for the target: 取消BusyBox的选项（缺省是选中的） 
Target filesystem options: 取消 ext2 root filesystem（缺省是选中的） 
Toolchain --> Toolchain type: Buildroot toolchain 
（3）编译 
执行 
make 
命令，buildroot工具会自动下载所需要的源文件并自动编译，等一两个小时后，toolchain就编译好了。编译好的toolchain位于
buildroot/build_i686/staging_dir/usr/bin/ 
目录下。工具命令的前缀是 i686-linux- 。 
三十、编译Busybox静态连接uclibc库 
一般而言，使用uclibc库是为了把它静态连接到busybox中。具体步骤是： 
（1）把uclibc toolchain的目录添加到PATH中。 
在~/.bash_profile文件中添加： 
#set PATH so it includes uclibc toolchain if it exist 
if [ -d ~/buildroot/build_i686/staging_dir/usr/bin ] ; then 
PATH="${PATH}":~/buildroot/build_i686/staging_dir/usr/bin 
fi 
（2）配置busybox静态连接库。 
在busybox的配置界面中，选择： 
Build Options --> Build BusyBox as a static binary (no shared libs) 
（3）编译 
执行 
make CROSS_COMPILE=i686-linux- 
命令“交叉编译”busybox。 
最后编译生成的是静态连接的可执行文件，不需要在initramfs中拷贝库文件。 
三十一、用buildroot自动构建initramfs 
buildroot 工具实际是一个功能强大的根文件系统构建工具，它以uclibc和busybox作为系统构建的基础，toolchain只是它构建系统的中间产品。 initramfs是一种特殊的根文件系统，当然也可以用buildroot工具自动构建，下面是构建方法的简要描述： 
（1）配置 
在buildroot的配置界面下做如下的配置： 
Package Selection for the target: 选择 
Busybox 
Run Busybox's own full installation 
Use minimal target skeleton 
Target filesystem options --> cpio the root filesystem --> comprassion method: gzip 
（2）编译 
执行 
make 
命令，进行编译。 
（3）输出 
构建好的cpio文件是 
buildroot/binaries/rootfs.i686.cpio.gz 
同一目录下还包含一个未压缩的文件：rootfs.i686.cpio 
构建目录则是 
buildroot/project_build_i686/uclibc/root 
可以在这个目录下对原始的initramfs进行修改调整，然后自己用cpio命令打包生成新的initramfs。 
（4）调整 
直接用buildroot生成的root.i686.cpio.gz作为initramfs，运行时会出现 
can't open /dev/tty1: No such file or directory 
can't open /dev/tty2: No such file or directory 
can't open /dev/tty3: No such file or directory 
错误信息的循环输出，系统不能正常运行。 
错误的原因是没有在initramfs的/dev目录下生成相应的设备文件。需要做如下的调整： 
1）在构建目录（buildroot/project_build_i686/uclibc/root）下的etc/init.d目录中新增一个初始化脚本文件S10mountfs 
#!/bin/sh 
mount -t proc proc /proc 
mount -t sysfs sysfs /sys 
mdev -s 
2）更改busybox的setuid属性，否则无法执行mount命令。在构建目录（buildroot/project_build_i686/uclibc/root）下执行 
chmod -s bin/busybox 
命令。 
这两项调整工作做完后，在构建目录（buildroot/project_build_i686/uclibc/root）下执行 
find . | cpio -o -H newc |gzip > ../initramfs.cpio.gz 
命令，重新生成initramfs的cpio打包文件。 
（5）运行效果 
运行新的initramfs，系统出现登录提示。输入用户名 root，密码为空，即可进入一个mini的linux系统。 
buildroot是功能强大、配置灵活的自动化构建工具，它的详细使用和配置方法超出了本文的范围，后续可能会专文描述，此处就从略了。
                
                
                
                
                
                
                

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