使用ramdisk启动ubuntu文件系统

环境

Qemu 4.1

vexpress-ca9

概述

　　为了减小linux内核的大小，可以把一些外设驱动编译成内核模块，但是在启动ubuntu的时候，需要加载存放在ubuntu文件系统中的flash驱动，而ubuntu文件系统本身也存放在flash中。为了解决这样的问题，可以使用ramdisk内存文件系统，将必备的驱动模块，比如这里的flash驱动模块放到ramdisk中，当uboot引导linux时，可以将ramdisk和内核镜像先加载到内存，启动内核时，会将ramdisk在内存中的内存地址传给内核。

　　当内核启动后，会先将ramdisk作为根文件系统，然后使用insmod加载存放在ramdisk文件系统中的flash驱动，就可以访问存放有ubuntu文件系统的块设备节点，最后再通过命令将根文件系统切换为ubuntu文件系统。

正文

　　这里为了简单起见，没有把存储器驱动编译成内核模块，只是演示一下从ramdisk切到ubuntu的过程。

　　原先直接启动ubuntu使用的命令是：

kernel_dir=./linux-4.14.13
kernel_image=${kernel_dir}/arch/arm/boot/zImage
dtb_image=${kernel_dir}/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb

sudo qemu-system-arm 
    -M vexpress-a9 
    -m 1024M 
    -smp 4 
    -kernel ${kernel_image} 
    -append "noinitrd root=/dev/vda1 rw rootfstype=ext4 console=ttyAMA0,115200" 
    -dtb ${dtb_image} 
    -drive if=none,file=./ubuntu_rootfs/ubuntu.fulldisk,id=hd0 
    -device virtio-blk-device,drive=hd0 
    -nic tap 
    -serial stdio

　　其中vda是一个虚拟磁盘，它的第一个分区中存放的是ubuntu根文件系统。

　　现在，如果使用ramdisk启动ubuntu的话，修改启动命令：

kernel_dir=./linux-4.14.13
kernel_image=${kernel_dir}/arch/arm/boot/zImage
dtb_image=${kernel_dir}/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb

sudo qemu-system-arm 
    -M vexpress-a9 
    -m 1024M 
    -smp 4 
    -kernel ${kernel_image} 
    -dtb ${dtb_image} 
    -drive if=none,file=./ubuntu_rootfs/ubuntu.fulldisk,id=hd0 
    -device virtio-blk-device,drive=hd0 
    -append "root=/dev/ram0 rw rootfstype=ext4 console=ttyAMA0 init=/linuxrc ignore_loglevel" 
    -initrd ./rootfs/ramdisk.img 
    -nic tap 
    -serial stdio

　为此，需要修改ramdisk的内容，原先我用的ramdisk中的根文件系统是用busybox编译生成的，/linuxrc是指向/bin/busybox的软连接。需要对此进行修改，修改后的ramdisk内容如下（为了简单明了，我仅保留必备的一些命令）：

.
├── bin
│   ├── busybox
│   ├── cd -> busybox
│   ├── chroot -> busybox
│   ├── echo -> busybox
│   ├── exec -> busybox
│   ├── mdev -> busybox
│   ├── mkdir -> busybox
│   ├── mount -> busybox
│   ├── pivot_root -> busybox
│   ├── sh -> busybox
│   └── umount -> busybox
├── dev
├── linuxrc
└── sys

　　其中linuxrc是一个shell脚本，内容如下：

#!/bin/sh

echo "hello world"

echo "mount -t sysfs sysfs /sys"
mount -t sysfs sysfs /sys

echo "mdev -s"
mdev -s

echo "mkdir /newroot"
mkdir /newroot

echo "mount -t ext4 /dev/vda1 /newroot"
mount -t ext4 /dev/vda1 /newroot

echo "sys"
umount /sys

echo "cd /newroot"
cd /newroot

echo "mkdir -p oldroot"
mkdir -p oldroot

echo "pivot_root .  oldroot"
pivot_root .  oldroot

echo "exec chroot . /sbin/init <dev/console >dev/console 2>&1"
exec chroot . /sbin/init <dev/console >dev/console 2>&1

　　如果ramdisk里有需要加载的flash驱动，需要先insmod，然后才能看到/dev/vda1。

　　ubuntu文件系统中/sbin/init是一个软连接，实际指向的是/lib/systemd/systemd。

　　制作ramdisk镜像的命令：

#!/bin/bash

sudo dd if=/dev/zero of=ramdisk bs=1M count=32
sudo mkfs.ext4 -F ramdisk
sudo mkdir -p tmpfs
sudo mount -t ext4 ramdisk ./tmpfs/  -o loop
sudo cp -raf rootfs/*  tmpfs/
sudo umount tmpfs
sudo gzip --best -c ramdisk > ramdisk.gz
sudo mkimage -n "ramdisk" -A arm -O linux -T ramdisk -C gzip -d ramdisk.gz ramdisk.img

　　下面是启动log：

完。