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摘要 在Linux中會遇到由于文件系統(tǒng)" title="文件系統(tǒng)">文件系統(tǒng)損壞,，需要人工修復而導致系統(tǒng)無法正常啟動的現(xiàn)象,。本文采用Linux初始化內(nèi)存盤（INITRD）技術，并把內(nèi)存的一部分作為Linux的根目錄,，每次啟動把完整的文件系統(tǒng)解壓到這里，避免了系統(tǒng)從損壞的文件系統(tǒng)啟動,。這不僅使系統(tǒng)能正常啟動,，而且提高了系統(tǒng)性能。?
關鍵詞 Linux 嵌入式 INITRD ramdisk?
【Abstract】In course of building embedded Linux, the system will not start because of the bad filesystem . The paper describes a new method, which adopts INITial Ramdisk Disk and assigns part of memories as root directory of Linux. It avoids startup from a bad filesystem because it uncompresses integral filesystem to ramdisk every time. With this method, the system can not only start normally, but also it’s performance is very good. ?
【Keyword】Linux embedded INITRD ramdisk?
引言
在Linux操作系統(tǒng)中,，有一項特殊的功能——初始化內(nèi)存盤INITRD（INITial Ram Disk）技術,，而且內(nèi)核支持壓縮的文件系統(tǒng)映像。有了這兩項功能,，我們可以讓Linux系統(tǒng)從小的初始化內(nèi)存盤啟動,，并把系統(tǒng)內(nèi)存的一部分作為根文件" title="根文件">根文件系統(tǒng)掛載，而且不使用交換分區(qū)（如果不運行X Windows這是完全可以的）,，即把Linux系統(tǒng)完全嵌入到內(nèi)存中,而不依賴于任何其他硬盤?，F(xiàn)在PC機內(nèi)存至少128M，而根文件系統(tǒng)所用的只有30M,，因此不僅不會使整機性能下降,，反而有很大的提高。
由于系統(tǒng)不工作在硬盤上,，所以系統(tǒng)消除了由于機械驅動而導致的問題,；因為系統(tǒng)運行于內(nèi)存中，根文件系統(tǒng)和操作完全在CPU/RAM環(huán)境下,，系統(tǒng)性能在速度和可靠性方面非常好,；它不會由于非法關機而破壞文件系統(tǒng)，因為我們每一次啟動是把壓縮的文件系統(tǒng)解壓至內(nèi)存盤中作為根文件系統(tǒng)掛載,。
1 硬件要求
對于這樣一個系統(tǒng),，硬件不需要特別的設計，只是通過普通的PC機上" title="機上">機上的組件實現(xiàn),。值得一提是系統(tǒng)的內(nèi)存的大小,，它至少應該有64M。因為30M作為Ramdisk使用,，剩下30多兆作為系統(tǒng)運行,，才能保證系統(tǒng)的正常工作，我們現(xiàn)在的計算機內(nèi)存一般為128M,，這個條件都能滿足,。唯一特別的是一個flash盤 ，它相當于一個IDE接口的硬盤,，大小為20M,，主要用它作為啟動LILO和放置根文件系統(tǒng)壓縮包。
2 Ramdisk的使用
Ramdisk就是將內(nèi)存的一部分分配為一個分區(qū)并作為硬盤來使用,。對于系統(tǒng)運行時不斷使用的程序,，將它們放在Ramdisk中將加快計算機的操作,，如大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡服務器、無盤工作站等,。為了能夠使用Ramdisk,，我們在編譯內(nèi)核時須將block device中的Ramdisk支持選上，它下面還有兩個選項,，一個是設定Ramdisk的大小,，默認是4096k；另一個是initrd的支持,。它既可以直接編譯進內(nèi)核，也可以編譯成模塊,，在需要的時候加載" title="加載">加載,。我們由于在啟動時就用它，所以必須將它直接編譯進內(nèi)核,。
如果對Ramdisk的支持已經(jīng)編譯進內(nèi)核,，我們就可以使用它了。首先在/mnt目錄下創(chuàng)建目錄ram,，運行mkdir /mnt/ram,；然后對/dev/ram0創(chuàng)建文件系統(tǒng)，運行mke2fs /dev/ram,；最后掛載上/dev/ram,，運行mount /dev/ram /mnt/ram，就可以象對普通硬盤一樣對它進行操作了,。值得注意的是,，在創(chuàng)建文件系統(tǒng)的時候，在屏幕上輸出1024 inodes ,，4096 blocks,，即ramdisk大小為4M＝4096個塊，但是我們掛載上之后,，用命令df –k /dev/ram查看時,，顯示出來ramdisk大小只有3963K，這是由于文件系統(tǒng)本身占用了一些空間,。
我們能根據(jù)需要改變ramdisk地大小,。如我們要把默認的4M增大到10M，當ramdisk是直接編譯進內(nèi)核的情況下,，可在LILO配置文件lilo.conf中加入一行：append＝“ramdis_size=10000”,運行LILO后,，重啟計算機后，ramdisk大小變?yōu)?0M,，或者在啟動是作為啟動行參數(shù)ramdis_size=10000,；當ramdisk是作為可加載模塊編譯時,，需要在模塊加載配置文件/etc/modules.conf中加入一行：options rd rd_size=10000,或者在加載rd模塊是在后面加上說明,即insmod rd rd_size=10000.
3 實現(xiàn)過程
3.1創(chuàng)建壓縮的文件系統(tǒng)
?? 我們的實現(xiàn)過程是依賴于存在的Linux系統(tǒng)。首先啟動一般的Linux系統(tǒng),，在這個系統(tǒng)中根據(jù)自己的需要,，創(chuàng)建一個適合功能的文件系統(tǒng)。例如我們要實現(xiàn)Apache網(wǎng)絡服務器,，那么只要把完成系統(tǒng)啟動和基本維護需要的一些命令,、腳本、配置文件和庫函數(shù)留下,，再加上實現(xiàn)Apache服務器所需要的,。具體過程為：
?? 在Linux下建立目錄/minlinux,我們在此目錄下創(chuàng)建的文件系統(tǒng)。系統(tǒng)的所有靜態(tài)鏈接庫,，幫助手冊（man pages）,，信息頁（info pages），頭文件,，內(nèi)核源碼對于系統(tǒng)運行是完全無用的,，所以不需要它們。在目錄bin下放系統(tǒng)維護的一些基本工具,，如ls,、mv、grep,、chown,、chmod、chgrp,、ln,、rm等；在sbin下是系統(tǒng)啟動過程通常需要的命令,，如bash,、e2fsck、mke2fs,、fdisk,、insmod、rmmod,、depmod,、modprobe、lsmod,、shutdown,、reboot、login,、init,、getty,、mount、umount,、等,；usr/bin下放置Apache應用程序http和其他一些特殊工具。然后根據(jù)這些可執(zhí)行文件需要的動態(tài)鏈接庫" title="動態(tài)鏈接庫">動態(tài)鏈接庫來確定lib目錄下的內(nèi)容,。當然目錄etc下的配置文件,，dev下的設備文件需要的都必須要有，它們都是和可執(zhí)行文件對應的,，因為許多可執(zhí)行文件執(zhí)行時,，一般是打開設備，根據(jù)配置文件來運行,。有一個特殊的目錄proc應該設置,，在內(nèi)核編譯選項文件系統(tǒng)選擇中，我們選擇對文件系統(tǒng)proc的支持,，那么在系統(tǒng)運行之后它下面有許多內(nèi)容，這些內(nèi)容是實時,、不斷跟蹤系統(tǒng)內(nèi)核和正在運行的進程的狀態(tài)而產(chǎn)生的,，但不占用任何磁盤空間，而是駐留在內(nèi)存中,。在某些情況下,，可以通過它來系統(tǒng)設置，許多工具從這里獲取信息,，如dmesg,、ps、top等,。
文件系統(tǒng)制作完成,，大小應該在20M左右。
接下來把文件系統(tǒng)拷貝至ramdisk為生成ramdisk映像文件做準備,。我們把系統(tǒng)的ramdisk 改變到30M,，重啟計算機后，執(zhí)行下列操作：
dd if=/dev/zero of=/dev/ram bs=1k count=30000 把ramdisk調(diào)整到零,，以便后面有更高的壓縮率,；
mke2fs –m0 /dev/ram 30000 在ramdisk上建立30M的ext2文件系統(tǒng)；
mount /dev/ram /mnt/ram 將已格式化的ramdisk掛載至目錄/mnt/ram,；
cp –av /minlinux/*? /mnt/ram 將文件結構拷貝至ramdisk,。
然后我們對/mnt/ram/etc目錄下的文件進行修改。主要的文件是fstab,，它負責在系統(tǒng)啟動時把系統(tǒng)要掛載的文件系統(tǒng)信息傳遞給啟動進程,，我們使用ramdisk作為根文件系統(tǒng),，且不需要交換分區(qū)，所以此文件配置
/dev/ram????? /?????? ext2????????? defaults??? 1??? 1
none????????? /proc?? proc????????? defaults??? 0??? 0
即可,。一般來說系統(tǒng)啟動時都要激活交換分區(qū),，即在啟動腳本中有swapon –a 命令，但我們不需要交換分區(qū),，因此要把這一項移除,，否則啟動時會打印錯誤信息然后停止啟動。
最后我們要拷貝ramdisk的映像并將其壓縮,。主要步驟如下：
運行df ,，注意1024-blocks一欄中/dev/ram的數(shù)值，在我的機上為25600;
卸載/dev/ram,，運行cd /root切換至root目錄并運行umount /dev/ram;
將ramdisk寫成映象文件,，運行dd if=/dev/ram of=ram30.img bs=1k count=25600
壓縮，并在/root目錄下產(chǎn)生一個壓縮的映象文件ram30.img.gz,，運行gzip –9v ram30.img
3.2創(chuàng)建initrd ramdisk 映像
首先我們在/dev/ram0中創(chuàng)建一個適合大小的ext2文件系統(tǒng),，方法同上，只是大小只有2048K,，因為initrd ramdisk是用來引導（bootstrap）30M的ramdisk,，并將它掛載至/mnt/ram。
然后在/dev/ram0中建立映像需要的目錄和文件,。創(chuàng)建目錄bin,、dev、etc,、lib,、mnt和可執(zhí)行腳本文件linuxrc，linuxrc的內(nèi)容為：
?? #!/bin/bash
?? mount –o –ro /dev/hda1/ /mnt???????????? ＃ 以只讀方式將flash盤掛載在/mnt下
?? zcat /[來源:論文天下論文網(wǎng) lunwentianxia.com]?
mnt/boot/ram30.img.gz > /dev/ram???? ＃ 將根文件系統(tǒng)映像解壓至ram
?? umount /dev/hda1?????????????????????????? ＃ 卸載flash盤
bin下面為linuxrc中用到的命令,；lib為這些命令需要的動態(tài)鏈接庫,；etc下為配置文件ld.so.conf，定義命令運行時尋找所需動態(tài)鏈接庫的路徑,，運行命令ldconfig –r /mnt/ram產(chǎn)生文件ld.so.cach,，在命令和動態(tài)鏈接庫之間建立對應關系；dev下基本終端設備和linuxrc中用到的設備：console,、ram,、null、systty,、tty1,、tty2和hda1；mnt為hda1的掛載點。
??? 最后創(chuàng)建壓縮的initrd ramdisk映像,。
運行df 看看/dev/ram0的字節(jié)數(shù),在我的計算機上1684K;
轉換當前目錄至/root并卸載/dev/ram0 umount /dev/ram0,；
拷貝/dev/ram0成映像文件 dd if=/dev/ram0 of=initrd.img bs=1k count=1684；
產(chǎn)生壓縮的映像文件initrd.img.gz,，運行gzip -9v initrd.img,。
3.3啟動
??? 系統(tǒng)的啟動需要依靠flash盤，通過LILO把系統(tǒng)啟動信息寫入flash盤主引導區(qū),。
將flash盤作為第一主盤hda,，而將裝有普通Linux的硬盤作為第一從盤hdb并從它啟動。在flash硬盤上創(chuàng)建ext2文件系統(tǒng),，將它掛載至/mnt/flash目錄,。在flash盤上建立boot目錄，將壓縮的文件系統(tǒng)和initrd映像拷貝至boot目錄下,，同時將Linux內(nèi)核,、引導區(qū)記錄boot.b、引導區(qū)映射map拷貝至其下,。在普通Linux系統(tǒng)中建立LILO配置文件ramlilo.conf,配置文件如下：?????????????
?boot=/dev/hda
????????????? map=/mnt/flash/boot/map
????????????????????? install=/mnt/flash/boot/boot.b
????????????? prompt
????????????? timeout=50 ?
????????????? image=/mnt/flash/boot/vmlinuz
???????????????????? append= “ramdisk_size=30000”
???????????????????? label=embedded
???????????????????? root=/dev/ram
???????????????????? initrd=/mnt/flash/boot/initrd.img.gz
運行命令lilo –C ramlilo.conf ,將啟動信息寫入flash的主引導區(qū)MBR,。
重新啟動計算機，登陸后運行mount,，我們看到如下兩項：
???????? /dev/ram on / ext2 (rw)
???????? none on /proc type proc (rw)
這顯示只有ramdisk被掛載,，制作成功。
4 結論
在我們制作的嵌入式Linux中進行各種操作,，速度非常快,，而且系統(tǒng)很穩(wěn)定,。沒有出現(xiàn)因為根文件系統(tǒng)損壞而導致系統(tǒng)進入手工維護界面的現(xiàn)象。用它作為HTTP網(wǎng)絡服務器,、網(wǎng)絡監(jiān)視器,、寬帶通信設備管理器或者其他需要長時間不停運行的機器，都有很高的應用價值,。?
參考文獻
1．鄒思鐵 嵌入式Linux設計與應用 清華大學出版社 2002 北京
2．黃敦 如何構造嵌入式Linux系統(tǒng) [email protected] 2001
3．Tom Fawcett The Linux Bootdisk HOWTO [email protected] 200
4．Paul Moody miniHOWTO Embedded Linux 1.1b [email protected] 1998?
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