# ramfs
要理解 initramfs，首先需要理解 ramfs。
ramfs 是一个非常简单的、基于内存的文件系统。tempfs 是 ramfs 的衍生版本。
也就是说，当加载内核后，内核将 initramfs 中的文件解压进内存，然后进行早期用户空间的初始化工作。
# 作用
initramfs 用作早期用户空间根文件系统，负责内核加载后、执行 init 之前的一些准备工作。在有 grub（或其他引导加载器）的系统中，它由 grub 调用。
早期用户空间初始化流程如下：
- 加载必要的内核模块：磁盘控制器、文件系统驱动、网络驱动
- 挂载真实根文件系统
- 执行 init
当执行 init 后，进入后期用户空间，initramfs 也就没用了。
另外，如果磁盘经过加密，需要在 initramfs 阶段进行解密，之后再挂载经解密后的磁盘。
# 文件树
可以在/boot/下找到 initramfs-linux.img 文件。用 file 查看一下格式，发现是一个 cpio 格式的归档文件。
initramfs-linux.image 也可能经过压缩，这取决于生成 initramfs 的软件的配置。在 archlinux 中则是/etc/mkinitcpio.conf
❯ file initramfs-linux.img
initramfs-linux.img: ASCII cpio archive (SVR4 with no CRC)
然后使用 lsinitcpio 命令提取：
❯ mkdir fakefs && cd fakefs
❯ lsinitcpio -x ../initramfs-linux.img
提取 initramfs-linux.img 后得到：
.
├── bin -> usr/bin
├── buildconfig
├── config
├── dev
├── early_cpio
├── etc
│ ├── fstab
│ ├── initrd-release -> ../usr/lib/os-release
│ ├── ld.so.cache
│ ├── ld.so.conf
│ ├── modprobe.d
│ │ ├── blacklist.conf
│ │ └── vmware-fuse.conf
│ ├── mtab -> ../proc/self/mounts
│ └── os-release -> ../usr/lib/os-release
├── hooks
│ ├── keymap
│ └── udev
├── init
├── init_functions
├── keymap.bin
├── keymap.utf8
├── lib -> usr/lib
├── lib64 -> usr/lib
├── new_root
├── proc
├── run
├── sbin -> usr/bin
├── sys
├── tmp
├── usr
│ ├── bin
│ │ ├── [ -> busybox
│ │ ├── arch -> busybox
│ │ ├── ascii -> busybox
│ │ ├── ash -> busybox
│ │ ├── awk -> busybox
│ │ ├── base32 -> busybox
│ │ ├── base64 -> busybox
│ │ ├── basename -> busybox
│ │ ├── bc -> busybox
│ │ ├── blkdiscard -> busybox
│ │ ├── blkid
│ │ ├── busybox
│ │ ├── bzip2 -> busybox
│ │ ├── cat -> busybox
│ │ ├── chgrp -> busybox
│ │ ├── chmod -> busybox
│ │ ├── chown -> busybox
│ │ ├──
...
│ │ └── yes -> busybox
│ ├── lib
│ │ ├── ld-linux-x86-64.so.2
│ │ ├── libacl.so.1 -> libacl.so.1.1.2302
│ │ ├── libacl.so.1.1.2302
│ │ ├── libaudit.so.1 -> libaudit.so.1.0.0
│ │ ├── libaudit.so.1.0.0
│ │ ├── libblkid.so.1 -> libblkid.so.1.1.0
│ │ ├── libblkid.so.1.1.0
│ │ ├── libc.so.6
│ │ ├── libcap-ng.so.0 -> libcap-ng.so.0.0.0
│ │ ├── libcap-ng.so.0.0.0
│ │ ├── libcap.so.2 -> libcap.so.2.76
│ │ ├── libcap.so.2.76
│ │ ├── libcrypt.so.2 -> libcrypt.so.2.0.0
│ │ ├── libcrypt.so.2.0.0
│ │ ├── libcrypto.so.3
│ │ ├── libgcc_s.so.1
│ │ ├── libkmod.so.2 -> libkmod.so.2.5.1
│ │ ├── libkmod.so.2.5.1
│ │ ├── liblzma.so.5 -> liblzma.so.5.8.1
│ │ ├── liblzma.so.5.8.1
│ │ ├── libm.so.6
│ │ ├── libmount.so.1 -> libmount.so.1.1.0
│ │ ├── libmount.so.1.1.0
│ │ ├── libpam.so.0 -> libpam.so.0.85.1
│ │ ├── libpam.so.0.85.1
│ │ ├── libseccomp.so.2 -> libseccomp.so.2.5.6
│ │ ├── libseccomp.so.2.5.6
│ │ ├── libz.so.1 -> libz.so.1.3.1
│ │ ├── libz.so.1.3.1
│ │ ├── libzstd.so.1 -> libzstd.so.1.5.7
│ │ ├── libzstd.so.1.5.7
│ │ ├── modprobe.d
│ │ │ ├── 99-opentabletdriver.conf
│ │ │ ├── nvdimm-security.conf
│ │ │ ├── nvidia-sleep.conf
│ │ │ ├── nvidia-utils.conf
│ │ │ └── systemd.conf
│ │ ├── modules
│ │ │ └── 6.14.6-arch1-1
│ │ │ ├── kernel
│ │ │ │ └── drivers
│ │ │ │ ├── hid
│ │ │ │ │ ├── hid-generic.ko.zst
│ │ │ │ │ └── usbhid
│ │ │ │ │ └── usbhid.ko.zst
│ │ │ │ ├── misc
│ │ │ │ │ └── rpmb-core.ko.zst
│ │ │ │ ├── mmc
│ │ │ │ │ └── core
│ │ │ │ │ ├── mmc_block.ko.zst
│ │ │ │ │ └── mmc_core.ko.zst
│ │ │ │ ├── nvme
│ │ │ │ │ ├── common
│ │ │ │ │ │ └── nvme-auth.ko.zst
│ │ │ │ │ └── host
│ │ │ │ │ ├── nvme-core.ko.zst
│ │ │ │ │ └── nvme.ko.zst
│ │ │ │ ├── scsi
│ │ │ │ │ └── virtio_scsi.ko.zst
│ │ │ │ └── usb
│ │ │ │ └── storage
│ │ │ │ ├── uas.ko.zst
│ │ │ │ └── usb-storage.ko.zst
│ │ │ ├── modules.alias.bin
│ │ │ ├── modules.builtin.alias.bin
│ │ │ ├── modules.builtin.bin
│ │ │ ├── modules.dep.bin
│ │ │ ├── modules.devname
│ │ │ ├── modules.softdep
│ │ │ └── modules.symbols.bin
│ │ ├── os-release
│ │ ├── systemd
│ │ │ ├── libsystemd-shared-257.5-3.so
│ │ │ └── systemd-udevd -> /usr/bin/udevadm
│ │ └── udev
│ │ ├── ata_id
│ │ ├── rules.d
│ │ │ ├── 50-udev-default.rules
│ │ │ ├── 60-persistent-storage.rules
│ │ │ ├── 64-btrfs.rules
│ │ │ └── 80-drivers.rules
│ │ └── scsi_id
│ ├── lib64 -> lib
│ ├── local
│ │ ├── bin
│ │ ├── lib
│ │ └── sbin
│ └── sbin -> bin
├── var
│ └── run -> ../run
└── VERSION
- 可以看到，在
usr中，包括了许多busybox命令以及依赖的动态库。 - 在
etc下，可以看到fstab，但此处fstab为空，因为真实文件系统会由 init 脚本进行挂载。modprobe.d中有一些用户配置，在此处设置黑名单，以防黑名单模块在早期用户空间就被载入。 - 在
usr/lib/modprobe.d中，可以看到早期用户空间加载的模块，主要包括 systemd 和显卡。 - 在
usr/lib/modules中，可以看到有关磁盘设备的驱动。
在 initramfs 中执行具体操作被称为 hook，这可以在 /etc/mkinitcpio.conf 中找到：
HOOKS=(base udev autodetect microcode modconf keyboard keymap consolefont block filesystems fsck)
大致就是加载 initramfs，识别和挂载设备（包括键盘等），加载微码、模块、终端字体、存储设备，加载文件系统驱动，运行文件系统检查工具等。具体做了什么可以查看：Common_hooks
在所有流程执行完毕后，initramfs 的准备工作也就完成了，init 就从此处开始执行。
# init
在 sbin 下面可以找到 init 文件，这就是接下来要调用的脚本。可以看到它由 busybox 提供。
❯ file init
init: symbolic link to busybox
具体使用哪种工具作为 init 是由
/etc/mkinitcpio.conf中定义的 hook 决定的（base使用busybox，systemd使用systemd作为 init），默认情况下应该使用的是busybox。
一旦 init 完成根文件系统挂载，将剩余工作交由 systemd 继续。这个操作由类似以下的命令执行：
switch_root /new_root /usr/lib/systemd/systemd
具体代码可以查看 busybox，核心逻辑是一个 exec 系统调用：
// Exec real init
execv(argv[0], argv);
因此，进入系统后的第一个进程即为systemd：
❯ ps -p 1
PID TTY TIME CMD
1 ? 00:00:01 systemd