4.2.2　解压initramfs到rootfs

在挂载了rootfs后，内核将Bootloader加载到内存中的initramfs中的文件解压到rootfs中。而这些文件中包含了驱动以及挂载真正的根文件系统的工具，内核通过加载这些驱动、使用这些工具实现挂载真正的根文件系统。

一旦配置内核支持initramfs，那么内核将编译文件initramfs.c，脚本如下所示：

而在文件initramfs.c中，我们可看到如下代码：

宏rootfs_initcall告诉编译器将函数populate_rootfs链接在段".initcall"部分。在内核初始化时，函数do_basic_setup调用do_initcalls，而do_initcalls执行段".initcall"中包含的函数，所以initramfs在此时被解压到rootfs中。

populate_rootfs解压initramfs的代码如下所示：

根据populate_rootfs的代码可见：

1）populate_rootfs首先调用unpack_to_rootfs将内核内置的initramfs解压到rootfs中；

2）接下来，如果变量initrd_start不为0，那么说明还有一个外部的initramfs通过Bootloader加载了，内核将这个外部的initramfs也释放到rootfs中。其中CONFIG_BLK_DEV_RAM是对应于使用ramdisk机制的情况，我们不关心这种情况。initrd_start是initramfs被加载到内存中的起始位置。initramfs通常作为一个独立的外部文件存在，并通过Bootloader加载到内存。

事实上，内核也允许将initramfs和内核映像构建在一起，统一通过内核加载，使用的方法是：首先将initramfs的内容保存到一个目录；然后将这个目录指定给kbuild，kbuild将使用自带的辅助程序gen_init_cpio将其压缩为initramfs；最后链接到内核映像的段".init.ramfs"中。这种方法的配置方式如图4-3所示。

图　4-3　指定initramfs的源文件所在目录

但是，即使我们没有指定将initramfs包含进内核映像中，内核也会构建一个内置的initramfs。这也是我们看到populate_rootfs代码中，第一个unpack_to_rootfs是无条件执行的原因。

接下来，我们就具体看看这个内置的initramfs的创建过程。

首先，内核的链接脚本告诉链接器将段".init.ramfs"中包含的内容链接到内核映像的"Init code and data"部分，链接脚本如下所示：

在".init.begin"和".init.end"之间的部分是内核初始化时使用的代码，在内核初始化完成后，将再无用处，因此，内核初始化完成后，这部分的代码将被释放。内核内置的initramfs就被包含在这里。我们先来看一下宏INIT_DATA_SECTION以及INIT_RAM_FS的定义：

由上可见，段".init.ramfs"被链接到了内核映像的"Init code and data"部分；函数unpack_to_rootfs中使用的符号__initramfs_start指向段".init.ramfs"的开头。

段".init.ramfs"的具体内容在文件initramfs_data.S中，代码如下：

通过伪指令".section.init.ramfs"，链接器将initramfs链接进段".init.ramfs"。其中的INITRAMFS_IMAGE在Makefile中定义：

initramfs可以采用不同压缩方式，suffix_y是对应的后缀。比如，如果使用的是gzip压缩方式，则后缀为".gz"；如果使用的是bzip2压缩方式，则后缀是".bz2"；等等。当然也可以不必压缩，因为内核最终会被压缩。

显然，initramfs_data.S就是initramfs的内容（initramfs_data.cpio）的封装。另外在这个文件中定义了代表initramfs大小的符号__initramfs_size，这个符号也是函数populate_rootfs解压内置的initramfs时需要的。

接下来，我们就来看看具体的initramfs的内容initramfs_data.cpio，其创建规则的脚本如下所示：

关注创建initramfsdata.cpio规则的命令，其中if_changed这个表达式在讨论内核的构建时我们已见过多次，其核心就是执行命令cmd$1，这里对应的就是cmd_initfs，该命令定义如下：

其中涉及的三个参数的定义如下：

其中：

❑initramfs是scripts目录下的脚本gen_initramfs_list.sh。

❑ramfs-input指定了创建initramfs的输入。如果配置内核时指定了构成initramfs的源所在的目录，则使用这个源目录下的文件创建initramfs；否则，只传递一个参数"-d"给脚本gen_initramfs_list.sh，该脚本则用内核默认的内容创建initramfs。

❑ramfs-args这个参数只有在用户自己指定了构建initramfs的文件时才有效，默认是"-u 0-g 0"，是告诉内核将这些文件的用户ID和组ID都设置为root。

综上所述，当指定了initramfs的源目录时，假设源目录为/vita/initramfs，那么构建initramfs的命令展开后大致如下：

脚本gen_initramfs_list.sh将/vita/initramfs目录下的文件的UID和GID全部设置为0，即root用户和组的ID，然后将目录下的内容打包为initramfs_data.cpio。

当不指定initramfs的源目录时，创建内置的initramfs的命令展开后大致如下：

通过命令行参数"-d"，即"default initramfs"，告诉脚本gen_initramfs_list.sh创建一个默认的initramfs，其包含的内容如下：

这个默认的initramfs非常简单，仅包括一个/dev目录，一个/dev/console设备节点以及一个/root目录。

最后还要指出的一点是，事实上，即使配置内核不支持initramfs，内核在内部依然会构建一个最小的initramfs。根据init目录下的Makefile，当配置内核不支持initramfs时，内核链接init下的noinitramfs.c，如下脚本所示：

文件noinitramfs.c的代码如下：

由代码"rootfs_initcall(default_rootfs)"可见，在没有配置内核支持initramfs的情况下，内核初始化时，依然会执行default_rootfs。而该函数将在rootfs中创建/dev、/root目录以及/dev/console节点。

可见，无论在什么情况下，内核都将确保有一个initramfs。那么内核为什么要这么做呢？因为第一个进程如果打不开控制台设备（/dev/console），那么其将异常终止，最终导致内核panic。所以，这个默认的initramfs确保了内核不会因为第一个进程打不开控制台设备而panic。从某种意义上，也可以将其看作内核虚拟文件系统的一个Bootstrap，也就是说，如果没人给内核提供一个最小的文件系统的内容，那么内核就自己创建一个。