Beyond Linux® From Scratch （systemd 版） - 版本 g1798b28

第 5 章 文件系统与磁盘管理

关于 initramfs

initramfs 的唯一用途是挂载根文件系统。initramfs 是一个完整的目录集合，与普通根文件系统中的目录结构相同。它被打包成一个 cpio 归档文件，并使用多种压缩算法之一进行压缩。

在引导时，引导加载程序将内核和 initramfs 映像加载到内存中并启动内核。内核检查 initramfs 是否存在，如果存在，则将其挂载为 / 并运行 /init。init 程序通常是一个 shell 脚本。请注意，如果使用 initramfs，引导过程会更长，可能显著变长。

对于大多数发行版，内核模块是使用 initramfs 的最大原因。在通用发行版中，存在许多未知因素，例如文件系统类型和磁盘布局。在某种程度上，这与 LFS 相反，在 LFS 中系统能力和布局已知，并且通常会构建定制内核。在这种情况下，很少需要 initramfs。

在 LFS 环境中，只有四个主要理由需要使用 initramfs：从网络加载 rootfs、从 LVM 逻辑卷加载、使用需要密码的加密 rootfs，或者为了方便使用 LABEL 或 UUID 指定 rootfs。其他情况通常意味着内核配置不正确。

构建 initramfs

如果您决定构建 initramfs，以下脚本将提供基础。这些脚本允许通过分区 UUID、分区 LABEL 或 LVM 逻辑卷上的 rootfs 来指定 rootfs。它们不支持加密的根文件系统或通过网络挂载 rootfs。如需更完整的功能，请参阅 LFS 提示 或 dracut。

要安装这些脚本，请以 root 用户身份运行以下命令： 

cat > /usr/sbin/mkinitramfs << "EOF"
#!/bin/bash
# This file based in part on the mkinitramfs script for the LFS LiveCD
# written by Alexander E. Patrakov and Jeremy Huntwork.

copy()
{
  local file

  if [ "$2" = "lib" ]; then
    file=$(PATH=/usr/lib type -p $1)
  else
    file=$(type -p $1)
  fi

  if [ -n "$file" ] ; then
    cp $file $WDIR/usr/$2
  else
    echo "Missing required file: $1 for directory $2"
    rm -rf $WDIR
    exit 1
  fi
}

if [ -z $1 ] ; then
  INITRAMFS_FILE=initrd.img-no-kmods
else
  KERNEL_VERSION=$1
  INITRAMFS_FILE=initrd.img-$KERNEL_VERSION
fi

if [ -n "$KERNEL_VERSION" ] && [ ! -d "/usr/lib/modules/$1" ] ; then
  echo "No modules directory named $1"
  exit 1
fi

printf "Creating $INITRAMFS_FILE... "

binfiles="sh cat cp dd killall ls mkdir mknod mount "
binfiles="$binfiles umount sed sleep ln rm uname"
binfiles="$binfiles readlink basename"

# systemd 将 udevadm 安装在 /bin 中，其他 udev 实现将其放在 /sbin
if [ -x /usr/bin/udevadm ] ; then binfiles="$binfiles udevadm"; fi

sbinfiles="modprobe blkid switch_root"

# 可选文件和位置
for f in mdadm mdmon udevd udevadm; do
  if [ -x /usr/sbin/$f ] ; then sbinfiles="$sbinfiles $f"; fi
done

# 如果存在 lvm 则添加（不能与其他一起处理，因为它还需要 dmsetup）
if [ -x /usr/sbin/lvm ] ; then sbinfiles="$sbinfiles lvm dmsetup"; fi

unsorted=$(mktemp /tmp/unsorted.XXXXXXXXXX)

DATADIR=/usr/share/mkinitramfs
INITIN=init.in

# 创建临时工作目录
WDIR=$(mktemp -d /tmp/initrd-work.XXXXXXXXXX)

# 创建基本目录结构
mkdir -p $WDIR/{dev,run,sys,proc,usr/{bin,lib/{firmware,modules},sbin}}
mkdir -p $WDIR/etc/{modprobe.d,udev/rules.d}
touch $WDIR/etc/modprobe.d/modprobe.conf
ln -s usr/bin  $WDIR/bin
ln -s usr/lib  $WDIR/lib
ln -s usr/sbin $WDIR/sbin
ln -s lib      $WDIR/lib64

# 创建必要的设备节点
mknod -m 640 $WDIR/dev/console c 5 1
mknod -m 664 $WDIR/dev/null    c 1 3

# 安装 udev 配置文件
if [ -f /etc/udev/udev.conf ]; then
  cp /etc/udev/udev.conf $WDIR/etc/udev/udev.conf
fi

for file in $(find /etc/udev/rules.d/ -type f) ; do
  cp $file $WDIR/etc/udev/rules.d
done

# 安装所有固件
cp -a /usr/lib/firmware $WDIR/usr/lib

# 如果存在 RAID 配置文件则复制
if [ -f /etc/mdadm.conf ] ; then
  cp /etc/mdadm.conf $WDIR/etc
fi

# 安装 init 文件
install -m0755 $DATADIR/$INITIN $WDIR/init

if [  -n "$KERNEL_VERSION" ] ; then
  if [ -x /usr/bin/kmod ] ; then
    binfiles="$binfiles kmod"
  else
    binfiles="$binfiles lsmod"
    sbinfiles="$sbinfiles insmod"
  fi
fi

# 安装基本二进制文件
for f in $binfiles ; do
  ldd /usr/bin/$f | sed "s/\t//" | cut -d " " -f1 >> $unsorted
  copy /usr/bin/$f bin
done

for f in $sbinfiles ; do
  ldd /usr/sbin/$f | sed "s/\t//" | cut -d " " -f1 >> $unsorted
  copy $f sbin
done

# 如果 udevd 不在 /usr/sbin 中则添加其库
if [ -x /usr/lib/udev/udevd ] ; then
  ldd /usr/lib/udev/udevd | sed "s/\t//" | cut -d " " -f1 >> $unsorted
elif [ -x /usr/lib/systemd/systemd-udevd ] ; then
  ldd /usr/lib/systemd/systemd-udevd | sed "s/\t//" | cut -d " " -f1 >> $unsorted
fi

# 如果合适则添加模块符号链接
if [ -n "$KERNEL_VERSION" ] && [ -x /usr/bin/kmod ] ; then
  ln -s kmod $WDIR/usr/bin/lsmod
  ln -s kmod $WDIR/usr/bin/insmod
fi

# 如果合适则添加 lvm 符号链接
# 同时复制 lvm.conf 文件
if  [ -x /usr/sbin/lvm ] ; then
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/lvchange
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/lvrename
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/lvextend
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/lvcreate
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/lvdisplay
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/lvscan

  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/pvchange
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/pvck
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/pvcreate
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/pvdisplay
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/pvscan

  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/vgchange
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/vgcreate
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/vgscan
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/vgrename
  ln -s lvm $WDIR/usr/sbin/vgck
  # 配置文件
  cp -a /etc/lvm $WDIR/etc
fi

# 安装库文件
sort $unsorted | uniq | while read library ; do
# linux-vdso 和 linux-gate 是伪库，不对应实际文件
# libsystemd-shared 在 /lib/systemd 中，因此不会被 copy 找到，
# 但会在下面被复制
  if [[ "$library" == linux-vdso.so.1 ]] ||
     [[ "$library" == linux-gate.so.1 ]] ||
     [[ "$library" == libsystemd-shared* ]]; then
    continue
  fi

  copy $library lib
done

if [ -d /usr/lib/udev ]; then
  cp -a /usr/lib/udev $WDIR/usr/lib
fi
if [ -d /usr/lib/systemd ]; then
  cp -a /usr/lib/systemd $WDIR/usr/lib
fi
if [ -d /usr/lib/elogind ]; then
  cp -a /usr/lib/elogind $WDIR/usr/lib
fi

# 如果指定则安装内核模块
if [ -n "$KERNEL_VERSION" ]; then
  find \
     /usr/lib/modules/$KERNEL_VERSION/kernel/{crypto,fs,lib}                      \
     /usr/lib/modules/$KERNEL_VERSION/kernel/drivers/{block,ata,nvme,md,firewire} \
     /usr/lib/modules/$KERNEL_VERSION/kernel/drivers/{scsi,message,pcmcia,virtio} \
     /usr/lib/modules/$KERNEL_VERSION/kernel/drivers/usb/{host,storage}           \
     -type f 2> /dev/null | cpio --make-directories -p --quiet $WDIR

  cp /usr/lib/modules/$KERNEL_VERSION/modules.{builtin,order} \
            $WDIR/usr/lib/modules/$KERNEL_VERSION
  if [ -f /usr/lib/modules/$KERNEL_VERSION/modules.builtin.modinfo ]; then
    cp /usr/lib/modules/$KERNEL_VERSION/modules.builtin.modinfo \
            $WDIR/usr/lib/modules/$KERNEL_VERSION
  fi

  depmod -b $WDIR $KERNEL_VERSION
fi

( cd $WDIR ; find . | cpio -o -H newc --quiet | gzip -9 ) > $INITRAMFS_FILE

# 如果可用，准备微码的早期加载
if ls /usr/lib/firmware/intel-ucode/* >/dev/null 2>&1 ||
   ls /usr/lib/firmware/amd-ucode/*   >/dev/null 2>&1; then

# 首先清空 WDIR 以便复用
  rm -r $WDIR/*

  DSTDIR=$WDIR/kernel/x86/microcode
  mkdir -p $DSTDIR

  if [ -d /usr/lib/firmware/amd-ucode ]; then
    cat /usr/lib/firmware/amd-ucode/microcode_amd*.bin > $DSTDIR/AuthenticAMD.bin
  fi

  if [ -d /usr/lib/firmware/intel-ucode ]; then
    cat /usr/lib/firmware/intel-ucode/* > $DSTDIR/GenuineIntel.bin
  fi

  ( cd $WDIR; find . | cpio -o -H newc --quiet ) > microcode.img
  cat microcode.img $INITRAMFS_FILE > tmpfile
  mv tmpfile $INITRAMFS_FILE
  rm microcode.img
fi

# 删除临时目录和文件
rm -rf $WDIR $unsorted
printf "done.\n"

EOF

chmod 0755 /usr/sbin/mkinitramfs
mkdir -p /usr/share/mkinitramfs &&
cat > /usr/share/mkinitramfs/init.in << "EOF"
#!/bin/sh

PATH=/usr/bin:/usr/sbin
export PATH

problem()
{
   printf "Encountered a problem!\n\nDropping you to a shell.\n\n"
   sh
}

no_device()
{
   printf "The device %s, which is supposed to contain the\n" $1
   printf "root file system, does not exist.\n"
   printf "Please fix this problem and exit this shell.\n\n"
}

no_mount()
{
   printf "Could not mount device %s\n" $1
   printf "Sleeping forever. Please reboot and fix the kernel command line.\n\n"
   printf "Maybe the device is formatted with an unsupported file system?\n\n"
   printf "Or maybe filesystem type autodetection went wrong, in which case\n"
   printf "you should add the rootfstype=... parameter to the kernel command line.\n\n"
   printf "Available partitions:\n"
}

do_mount_root()
{
   mkdir /.root
   [ -n "$rootflags" ] && rootflags="$rootflags,"
   rootflags="$rootflags$ro"

   case "$root" in
      /dev/*    ) device=$root ;;
      UUID=*    ) eval $root; device="/dev/disk/by-uuid/$UUID" ;;
      PARTUUID=*) eval $root; device="/dev/disk/by-partuuid/$PARTUUID" ;;
      LABEL=*   ) eval $root; device="/dev/disk/by-label/$LABEL" ;;
      ""        ) echo "No root device specified." ; problem ;;
   esac

   while [ ! -b "$device" ] ; do
       no_device $device
       problem
   done

   if ! mount -n -t "$rootfstype" -o "$rootflags" "$device" /.root ; then
       no_mount $device
       cat /proc/partitions
       while true ; do sleep 10000 ; done
   else
       echo "Successfully mounted device $root"
   fi
}

do_try_resume()
{
   case "$resume" in
      UUID=* ) eval $resume; resume="/dev/disk/by-uuid/$UUID"  ;;
      LABEL=*) eval $resume; resume="/dev/disk/by-label/$LABEL" ;;
   esac

   if $noresume || ! [ -b "$resume" ]; then return; fi

   ls -lH "$resume" | ( read x x x x maj min x
       echo -n ${maj%,}:$min > /sys/power/resume )
}

init=/sbin/init
root=
rootdelay=
rootfstype=auto
ro="ro"
rootflags=
device=
resume=
noresume=false

mount -n -t devtmpfs devtmpfs /dev
mount -n -t proc     proc     /proc
mount -n -t sysfs    sysfs    /sys
mount -n -t tmpfs    tmpfs    /run

read -r cmdline < /proc/cmdline

for param in $cmdline ; do
  case $param in
    init=*      ) init=${param#init=}             ;;
    root=*      ) root=${param#root=}             ;;
    rootdelay=* ) rootdelay=${param#rootdelay=}   ;;
    rootfstype=*) rootfstype=${param#rootfstype=} ;;
    rootflags=* ) rootflags=${param#rootflags=}   ;;
    resume=*    ) resume=${param#resume=}         ;;
    noresume    ) noresume=true                   ;;
    ro          ) ro="ro"                         ;;
    rw          ) ro="rw"                         ;;
  esac
done

# udevd 的位置取决于版本
if [ -x /sbin/udevd ]; then
  UDEVD=/sbin/udevd
elif [ -x /lib/udev/udevd ]; then
  UDEVD=/lib/udev/udevd
elif [ -x /lib/systemd/systemd-udevd ]; then
  UDEVD=/lib/systemd/systemd-udevd
else
  echo "Cannot find udevd nor systemd-udevd"
  problem
fi

${UDEVD} --daemon --resolve-names=never
udevadm trigger
udevadm settle

if [ -f /etc/mdadm.conf ] ; then mdadm -As                       ; fi
if [ -x /sbin/vgchange  ] ; then /sbin/vgchange -a y > /dev/null ; fi
if [ -n "$rootdelay"    ] ; then sleep "$rootdelay"              ; fi

do_try_resume # 如果从磁盘恢复，此函数不会返回
do_mount_root

killall -w ${UDEVD##*/}

exec switch_root /.root "$init" "$@"

EOF

使用 initramfs

必需的运行时依赖

cpio-2.15

其他运行时依赖

如果系统分区使用 LVM2-2.03.41 和/或 mdadm-4.6，则必须在生成 initramfs 之前安装它们。

要构建 initramfs，请以 root 用户身份运行以下命令： 

mkinitramfs [内核版本]

可选参数是相应内核模块所在的目录。它必须是 /lib/modules 的子目录。如果未指定模块，则 initramfs 命名为 initrd.img-no-kmods。如果指定了内核版本，则 initrd 命名为 initrd.img-$KERNEL_VERSION，并且仅适用于指定的特定内核。输出文件将放置在当前目录中。

如果需要早期加载微码（请参见 “CPU 的微码更新”一节），您可以在 /lib/firmware 中安装相应的 blob 或容器。运行 mkinitramfs 时，它将被自动添加到 initrd 中。

生成 initrd 后，将其复制到 /boot 目录。

现在编辑 /boot/grub/grub.cfg 并添加一个新的菜单项。以下是一些示例。 

# 通用 initramfs，根文件系统通过 UUID 指定
menuentry "LFS Dev (LFS-7.0-Feb14) initrd, Linux 3.0.4"
{
  linux  /vmlinuz-3.0.4-lfs-20120214 root=UUID=54b934a9-302d-415e-ac11-4988408eb0a8 ro
  initrd /initrd.img-no-kmods
}
# 通用 initramfs，根文件系统位于 LVM 分区
menuentry "LFS Dev (LFS-7.0-Feb18) initrd lvm, Linux 3.0.4"
{
  linux  /vmlinuz-3.0.4-lfs-20120218 root=/dev/mapper/myroot ro
  initrd /initrd.img-no-kmods
}
# 特定 initramfs，根文件系统通过 LABEL 指定
menuentry "LFS Dev (LFS-7.1-Feb20) initrd label, Linux 3.2.6"
{
  linux  /vmlinuz-3.2.6-lfs71-120220 root=LABEL=lfs71 ro
  initrd /initrd.img-3.2.6-lfs71-120220
}

最后，重新启动系统并选择所需的系统。