Initramfs/Guide/ru

Все больше и больше систем требуют initramfs для правильной загрузки. В этом руководстве будет рассмотрены основные понятия initramfs, а также как правильно создать и управлять initramfs на отдельных примерах.

Введение
Для большинства пользователей initramfs не является чем-то необходимым. Их система использует простую схему разбиения жесткого диска без экзотических драйверов или установок (таких как зашифрованные файловые системы), поэтому ядро Linux вполне способно передать управление двоичному файлу на их системе. Но для большинства систем, использование initramfs почти обязательно.

Основной ключ к пониманию того, чем является initramfs (или для чего она необходима) - это понимание того, как работает процесс загрузки Linux, даже в достаточно высокоуровневом подходе.

Процесс загрузки Linux
Как только ядро Linux получает контроль над системой (который был передан ему после загрузки загрузчиком), оно подготавливает свои области памяти и драйвера. Затем оно передает управление приложению (обычно ), чьей задачей является дальнейшая подготовка системы и проверка того, что в конце процесса загрузки, все необходимые сервисы запущены и пользователь способен войти в систему. Приложение делает это с помощью запуска, в числе прочих сервисов, демона, который далее загружает и подготавливает систему, основываясь на обнаруженных устройствах. Когда запущен, все оставшиеся файловые системы, которые не были примонтированы, монтируются, и запускаются остальные сервисы.

Для систем, где все необходимые файлы и инструменты располагаются на той же самой файловой системе, приложение может в совершенстве управлять дальнейшим процессом загрузки. Но когда определены множественные файловые системы (или в случае более неординарных установок), этот процесс может стать немного более усложненным:


 * В случае, когда раздел размещается на отдельной файловой системе, инструменты и драйвера, чьи файлы хранятся на  не могут использоваться, пока раздел  не станет доступным. Если эти инструменты требуются для предоставления доступа к разделу, то мы не сможем загрузить систему.


 * Если файловая система root зашифрована, то ядро Linux не сможет найти приложение и это приведет к тому что система не сможет загрузиться.

С давних пор решением для этой проблемы является использование "initrd" (initial root device).

Корневой диск для начальной инициализации (initial root disk)
initrd — это дисковая структура в оперативной памяти (ramdisk), которая содержит необходимые инструменты и сценарии для монтирования требуемых файловых систем перед тем как управление передается приложению на корневой файловой системе. Ядро Linux запускает сценарий настройки (обычно называемый, но не обязательно такое имя) на этом корневом диске, который подготавливает систему, переключается к действительной корневой файловой системе и затем вызывает.

Хотя способ, включающий в себя initrd - это все, что требуется, он имеет несколько недостатков:


 * Это полноценное блочное устройство, требующее дополнительные расходы на целую файловую систему, располагающуюся на нем, и оно имеет фиксированный размер. Выберите initrd достаточно маленьким, и Вы не сможете уместить все требуемые сценарии. Сделайте его слишком большим, и Вы растратите память впустую.


 * По той причине, что это действительное устройство, оно также требует кэш-память ядра Linux и подлежит используемым методам управления памятью и файлами (таким как подкачка страниц), что делает расходы памяти еще более худшими.

Для решения этих (для кого-то едва-ли) проблем, была создана initramfs.

Файловая система в памяти для начальной инициализации (initramfs)
initramfs - это начальная файловая система в оперативной памяти, основанная на tmpfs (легковесной файловой системе в памяти с изменяемым размером), которая также не использовала отдельное блочное устройство (чтобы отсутствовало кэширование и все накладные расходы, упомянутые ранее, исчезли). Так же как и initrd, она содержит инструменты и сценарии, требуемые для монтирования файловых систем перед вызовом бинарного файла, располагающегося на действительной корневой файловой системе. Эти инструменты могут быть уровнями абстракции расшифровывающих процедур (для зашифрованных файловых систем), менеджерами логических томов, программными (software) raid массивами, загрузчиками файловых систем, основанными на драйверах bluetooth, и т.д.

The content of the initramfs is made by creating a cpio archive. is an old (but proven) file archiver solution (and its resulting archive files are called cpio files). cpio is definitely comparable to the archiver. The choice of here was because it was easier to implement (code-wise) and supported (back then) device files which  could not.

Все файлы, инструменты, библиотеки, настройки конфигурации (если они применимы), и т.д. помещаются в cpio-архив. Этот архив затем сжимается с использованием утилиты и сохраняется в том же месте, что и ядро Linux. Далее, загрузчик передаст его ядру Linux во время загрузки, чтобы ядро знало о том, что требуется initramfs.

При его обнаружении, ядро Linux создаст файловую систему tmpfs, извлечет на нее содержимое архива и затем запустит сценарий, расположенный в корневом каталоге файловой системы tmpfs. Этот сценарий затем примонтирует действительную корневую файловую систему (после того, как убедится, что он может ее примонтировать, например, с помощью загрузки дополнительных модулей, подготовки уровней абстракции шифрования, и т.д.), также как и другие существенно важные файловые системы (такие как и ).

Как только корневая файловая система и другие существенные файловые системы примонтированы, сценарий  из initramfs затем переключает root на действительную корневую файловую систему и, в завершение, вызывает   на этой системе, для продолжения процесса загрузки.

Введение и настройка загрузчика
Для создания initramfs, важно знать какие дополнительные драйверы, сценарии и инструменты необходимы для загрузки системы. Например, если используется LVM, то потребуется инструменты LVM в initramfs. Таким же образом, если используется программный RAID, будут нужна утилита, и так далее.

Существуют несколько инструментов, которые помогут создать initramfs (сжатые -архивы) для системы. Но для тех, кому требуется полный контроль, также могут легко создать собственный, пользовательский initramfs.

После создания initramfs, Вам необходимо настроить конфигурацию загрузчика для сообщения загрузчику, что будет использоваться initramfs. Например, если файл initramfs сохранен как, то конфигурация в будет выглядеть следующим образом:

Использование genkernel
Утилита для сборки ядра Gentoo,, может использоваться для генерирования initramfs, даже если не использовался для конфигурации и сборки ядра.

To use for generating an initramfs, it is recommended all necessary drivers and code that is needed to mount the  and  file systems be included in the kernel (not as modules). Then, call as follows:

В зависимости от Вашей системы, Вы можете пожелать добавить одну или более из следующих опций:

По завершении, файл initramfs, полученный в результате, будет сохранен в.

Использование dracut
The utility is created for the sole purpose of managing initramfs files. It uses a highly modular approach on what support is to be included and what is not to be included.

To install, make special care to include support for the correct value(s) in the DRACUT_MODULES variable. This variable can be set in to include support for system specific setups:

It is advisable to set (or unset) the modules needed. After configuring the DRACUT_MODULES variable in, to install the Dracut utility.

The next step is to configure by editing. In the configuration file, which is well commented, in order to add support for needed modules.

Once configured, create an initramfs by calling as follows:

The resulting image supports generic system boots based on the configuration in. It is also possible to generate an initramfs specifically tailored to your system (which tries to detect the needed tools, drivers, etc. from the existing system). If the modules and drivers are built into the kernel (not as separate modules and references to the firmware), then the  option can be added:

Чтобы найти больше информации, проконсультируйтесь с man-страницами  и.

Смотрите также

 * Initramfs на официальной Gentoo Wiki
 * Dracut на официальной Gentoo Wiki

Ссылки

 * The ramfs-rootfs-initramfs.txt file within the Linux kernel documentation.