Linux中的Ramdisk与Initrd

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

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：

格式化一个 Ramdisk；
加载文件系统内容到Ramdisk；
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.