initramfs

initramfs 是 ramfs 内存文件系统类型的启动初始文件系统，提供了Linux系统 init 进程运行前系统的预备性工作。

initramfs通常会处理挂载重要文件系统的工作(通过加载必要内核模块和驱动)，例如 /usr 或 /var 以及 /dev 。如果用户需要加密文件系统，也需要在 initramfs 提示中输入密码以挂载问系统。当文件系统挂载之后，控制权就被转给 init ，这样init进程就处理服务启动以及整个系统其他的启动过程。

Linux启动过程解析

当Linux内核开始控制系统(通过boot loader加载)，此时内核会准备内存结构和驱动。然后内核就会将控制权转给 init 应用，这个 init 将负责系统就绪准备，最后启动所有运行服务的进程。 init 将启动必要服务，以及 udev 服务来加载准备系统检测到的设备。当 udev 加载后，此时系统剩余的文件系统可能还没有挂载好。

初始化root磁盘(initrd)

为了解决文件系统尚未就绪，但是内核需要访问未挂载文件系统中文件的问题，需要使用 initr ，也就是一种内存磁盘结构体( in-memory disk structure , ramdisk )，包含必要的工具以及脚本，这样就能够在 init 程序可以接管前处理挂载必要的文件系统。

Linux内核负责触发这个位于根磁盘上的设置脚本(通常命名为 linuxrc 不过实际名字不是强制的)，这个脚本负责系统准备，然后就能够切换到真实的根文件系统，并且调用 init 。

虽然 initrd 方式能够解决问题，但是存在如下缺点:

initrd 是一个成熟的(full-fledged)块设备，需要整个文件系统开销
initrd 是一个固定大小块设备，所以:
- 选择initrd不能太小，否则无法容纳所有需要的脚本
- 但是选择太大的initrd会浪费内存

由于 initrd 是一个真正的静态设备，它会消耗Linux内核中的缓存内存，并且容易受到所使用的内存和文件管理方法（例如分页）的影响，这使得initrd的内存消耗更大。

为了解决上述问题而创建了 initramfs

初始化ram文件系统

initramfs 是基于 tmpfs（一种大小灵活的内存轻量级文件系统）的初始 ram 文件系统:

没哟使用单独的块设备(因此没有进行缓存，也就没有上述 initrd 的开销)
和 initrd 一样， initramfs 包哈了init挂载文件系统的所有工具和脚本
initramfs的内容是通过创建 cpio 归档来制作的:
- cpio是类似tar的文件归档程序，选择cpio的原因是cpio更容易实现，并且支持tar当时不支持的设备文件。
- 所有文件、工具、库、配置文件都放入cpio归档中，然后使用gzip压缩后与内核一起存储
- 引导加载程序在引导时会把initrafms的上述归档文件传递给内核，此时Linux内核就会创建一个 tmpfs 文件系统，并提取 initramfs 归档内容，然后启动位于该tmpfs文件系统根目录中的 init 脚本
- 最后该脚本会挂载真正的根文件系统(通过加载附加模块以及加密抽象层等)以及重要的其他文件系统(如 /usr 和 /var)
- 一旦安装了根文件系统和其他重要文件系统， initramfs 中的 init 脚本就会将根切换到真正的根文件系统，并最终调用该系统上的 /sbin/init 二进制文件以便继续引导过程。

创建initramfs

创建initramfs之前，需要了解哪些是启动系统必要的驱动，脚本以及工具。

举例，如果系统使用了 Linux LVM逻辑卷管理，就需要在 initramfs 中添加 LVM 工具；如果系统使用了 Linux 软RAID ，就应该在 initramfs 中加入 mdadm 工具；依次类推，对于 ZFS 和 Btrfs 也需要对应的工具。

一些自动化工具可以帮助创建 initramfs ，通常可以使用 Dracut 和 Gentoo genkernel 。

在创建了 initramfs 镜像之后，需要修订 GRUB ( Gentoo GRUB / Ubuntu修订Grub内核启动参数 / grubby修改内核参数 )，通知内核使用 initramfs ，配置举例如下:

Gentoo Linux mkconfig 生成配置片段举例

...
menuentry 'Gentoo GNU/Linux' --class gentoo --class gnu-linux --class gnu --class os $menuentry_id_option 'gnulinux-simple-83f0651c-4b4c-4dc9-be5d-99e23e227e8e' {
	load_video
	if [ "x$grub_platform" = xefi ]; then
		set gfxpayload=keep
	fi
	insmod gzio
	insmod part_gpt
	insmod fat
	search --no-floppy --fs-uuid --set=root 67E3-17ED
	echo	'Loading Linux 6.6.21-gentoo-dist ...'
	linux	/vmlinuz-6.6.21-gentoo-dist root=UUID=83f0651c-4b4c-4dc9-be5d-99e23e227e8e ro  
	echo	'Loading initial ramdisk ...'
	initrd	/initramfs-6.6.21-gentoo-dist.img
}
...

使用genkernel

Gentoo genkernel 是 Gentoo Linux 发行版特有的内核构建工具，可以使用 genkernel 生成 initramfs :

使用 genkernel 工具构建 initramfs

genkernel --install initramfs

Gentoo genkernel 工具默认是期望内核和 initramfs 都由 genkernel 工具生成，所以不建议采用内核由其他方法构建，而 initramfs 由 genkernel 构建(虽然也可能工作)。

此外 genkernel 提供了一些参数可以增加一些驱动支持到 initramfs :

--firmware 添加系统中找到的firmware
--gpg 添加GnuPG支持
--iscsi 添加iSCSI支持
--lvm 添加 Linux LVM逻辑卷管理支持
--mdadm 添加 Linux 软RAID 支持
--multipath 添加用于SAN存储的multiple I/O访问支持
-zfs 添加 ZFS 支持

使用dracut

Dracut 工具是用于管理 initramfs 文件常用软件: