grub中vmlinuz initramfs分析

grub中vmlinuz initramfs分析

linux grub中vmlinuz initramfs在系统启动中的作用？

在 Linux 系统启动过程中，vmlinuz 和 initramfs 是 GRUB 加载的两个关键组件，它们分别承担内核初始化和临时根文件系统准备的任务。以下是它们的详细作用及协作流程：

1. vmlinuz：压缩的 Linux 内核

作用

• 核心功能：包含 Linux 内核的压缩镜像（通常为 zImage 或 bzImage），负责初始化硬件、加载驱动、挂载根文件系统，并最终启动用户空间的 init 进程。
• 关键任务：
• 检测和初始化 CPU、内存、存储控制器等硬件。
• 加载必要的内核模块（如文件系统驱动、磁盘控制器驱动）。
• 移交控制权给用户空间（通过 initramfs 或直接挂载根文件系统）。

GRUB 中的配置

• 在 GRUB 配置文件（如 /boot/grub/grub.cfg）中通过 linux 指令加载：

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menuentry 'Linux' {
    linux /boot/vmlinuz-5.15.0-86-generic root=/dev/sda2 ro quiet
}

• root= 指定根文件系统设备。
• ro 表示以只读模式挂载根文件系统（后续可能切换为读写）。

2. initramfs：初始 RAM 文件系统

作用

• 临时根文件系统：是一个包含工具和内核模块的 CPIO 归档，在内存中解压成临时根目录（/），用于在真实根文件系统挂载前提供关键环境。
• 解决依赖问题：
• 加载存储设备驱动（如 NVMe、RAID、LVM 驱动）。
• 解密加密的根文件系统（如 LUKS）。
• 挂载复杂存储设备（如网络存储 NFS、iSCSI）。
• 灵活性与模块化：允许内核动态加载所需模块，避免将全部驱动编译进内核。

GRUB 中的配置

• 通过 initrd 指令加载，与 vmlinuz 配合使用：

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menuentry 'Linux' {
    linux /boot/vmlinuz-5.15.0-86-generic root=/dev/sda2 ro quiet
    initrd /boot/initramfs-5.15.0-86-generic.img
}

3. 启动流程详解

sequenceDiagram
    participant GRUB
    participant vmlinuz
    participant initramfs
    participant RootFS

    GRUB->>vmlinuz: 加载内核镜像到内存
    GRUB->>initramfs: 加载initramfs到内存
    vmlinuz->>initramfs: 解压并挂载为临时根文件系统
    initramfs->>initramfs: 执行/init脚本（或/linuxrc）
    initramfs->>initramfs: 加载驱动（如dm-crypt、ext4）
    initramfs->>RootFS: 挂载真实的根文件系统
    initramfs->>vmlinuz: 切换根目录（pivot_root）
    vmlinuz->>RootFS: 启动/sbin/init（systemd/sysvinit）

关键步骤

  1. GRUB 阶段：
    • 读取配置文件，加载 vmlinuz 和 initramfs 到内存。
  2. 内核初始化：
    • vmlinuz 解压并启动，但此时无法直接访问真实的根文件系统（因驱动未加载或存储未解密）。
  3. initramfs 接管：
    • 提供临时环境，加载必要的驱动和工具（如 cryptsetup、lvm2）。
    • 挂载真实的根文件系统到 /sysroot。
  4. 根切换：
    • 执行 pivot_root 将 /sysroot 切换为新的根目录 /。
  5. 用户空间启动：
    • 内核启动 /sbin/init（如 systemd），进入常规系统初始化流程。

4. 为什么需要 initramfs？

• 硬件多样性：现代存储设备（如 NVMe、RAID）需要内核模块支持，但这些模块可能存储在未挂载的根文件系统中，形成“鸡生蛋”问题。
• 加密与网络根：解密 LUKS 分区或挂载 NFS 根文件系统需要提前加载工具和配置。
• 灵活性：允许发行版为不同硬件生成定制的 initramfs，而无需重新编译内核。

5. 无 initramfs 的极简场景

若内核已内置所有必要驱动且根文件系统无加密/复杂配置，可直接启动：

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menuentry 'Linux (No initramfs)' {
    linux /boot/vmlinuz-5.15.0-86-generic root=/dev/sda2 ro
    # 无 initrd 指令
}

适用条件：
• 根文件系统在简单设备上（如 ext4 格式的 SATA 磁盘）。
• 内核已编译所有必需驱动（无模块依赖）。

6. 调试与自定义

(1) 查看 initramfs 内容

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mkdir /tmp/initramfs && cd /tmp/initramfs
zcat /boot/initramfs-*.img | cpio -idmv
ls -l  # 查看解压后的脚本和模块

(2) 重建 initramfs

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# Ubuntu/Debian
update-initramfs -u -k $(uname -r)

# RHEL/CentOS
dracut -f /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

(3) 启动时进入 initramfs Shell

在 GRUB 启动菜单中编辑内核参数，添加 break 或 rd.break：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/sda2 ro rd.break

启动后会暂停在 initramfs 的调试 Shell，便于排查挂载问题。

7. 总结

组件 作用 是否必需
vmlinuz 内核本体，初始化硬件并启动系统。 是
initramfs 提供临时根文件系统，加载驱动/工具以挂载真实根文件系统。 依赖硬件和根文件系统复杂度
协作关系 vmlinuz 依赖 initramfs 解决早期启动依赖，最终移交控制权给用户空间。

通过 vmlinuz 和 initramfs 的分工协作，Linux 系统能够灵活应对各种硬件和存储配置，确保启动过程的可靠性和可扩展性。

也就是一般将驱动放到initramfs中？

是的！通常会将关键驱动（尤其是存储和文件系统相关驱动）打包到 initramfs 中，以确保内核在挂载真实根文件系统前能正确识别硬件。以下是具体原因和实现方式：

1. 为什么驱动要放到 initramfs 中？

(1) 解决“鸡生蛋”问题

• 场景：根文件系统存储在需要驱动的设备上（如 NVMe、RAID、LUKS 加密分区），但这些驱动可能存放在未挂载的根文件系统中。
• 方案：initramfs 提前加载驱动，打破依赖循环。

(2) 模块化内核的灵活性

• 现代 Linux 内核默认以模块化方式编译驱动（如 ext4.ko、nvme.ko），而非全部内置。
• initramfs 包含这些模块，避免内核体积膨胀。

(3) 支持复杂存储配置

• 加密（LUKS）、逻辑卷（LVM）、网络存储（NFS/iSCSI）等需要额外工具（如 cryptsetup、lvm2），这些工具依赖的驱动和库也需放入 initramfs。

2. 哪些驱动会被放入 initramfs？

• 存储控制器驱动：NVMe、AHCI、SCSI、RAID（mdadm）、USB 存储。
• 文件系统驱动：ext4、xfs、btrfs、f2fs。
• 加密和卷管理：dm-crypt（LUKS）、dm-mod（LVM）。
• 关键硬件驱动：部分 GPU 驱动（如 fbdev）、键盘输入（用于解密密码）。

3. 驱动如何被添加到 initramfs？

(1) 自动生成（推荐）

工具（如 mkinitramfs、dracut）会扫描系统配置，自动包含所需驱动和工具：

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# Ubuntu/Debian
update-initramfs -u -k $(uname -r)

# RHEL/CentOS
dracut -f /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

(2) 手动配置

通过配置文件指定额外驱动或工具：
• Debian/Ubuntu：编辑 /etc/initramfs-tools/modules：

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nvme
dm_crypt
ext4

• RHEL/CentOS：编辑 /etc/dracut.conf 或 /etc/dracut.conf.d/*.conf：

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add_drivers+="nvme ahci"

(3) 检查已包含的驱动

解压 initramfs 查看内容：

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mkdir /tmp/initrd && cd /tmp/initrd
zcat /boot/initramfs-$(uname -r).img | cpio -idmv
ls lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/

4. 无 initramfs 的替代方案

若所有驱动已编译进内核（非模块化），且无需复杂存储配置，可跳过 initramfs：

(1) 内核配置

确保驱动标记为 [*]（内置）而非 [M]（模块）：

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Device Drivers →
  -> Storage controllers →
    -> <*> NVMe support
  -> File systems →
    -> <*> Ext4 filesystem support

(2) GRUB 配置

删除 initrd 行：

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linux /boot/vmlinuz-5.15.0-86-generic root=/dev/nvme0n1p2 ro
# 无 initrd 指令

5. 调试驱动加载问题

(1) 查看内核消息

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dmesg | grep -E 'nvme|ahci|ext4|sd'

(2) 启动时添加调试参数

在 GRUB 中编辑内核参数，添加：

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rd.debug rd.luks.debug=1

(3) 进入救援 Shell

若 initramfs 加载失败，添加 break 或 rd.break 进入调试环境：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/nvme0n1p2 ro rd.break

6. 总结

场景 驱动存放位置 优点 缺点
常规系统 initramfs 灵活支持模块化驱动和复杂配置 增加启动时间（约1-3秒）
嵌入式/极简系统 内核内置（无 initramfs） 启动更快，无额外文件 内核体积大，硬件适应性差

最佳实践：
• 服务器/桌面：使用 initramfs 自动包含驱动。
• 嵌入式设备：定制内核，将关键驱动内置以节省空间。

那grub中到底是先执行initramfs还是先执行vmlinuz?

在系统启动过程中，GRUB 会先加载 vmlinuz（内核镜像），然后加载 initramfs（初始内存文件系统）到内存，但实际执行顺序是 vmlinuz 先运行，随后由内核解压并执行 initramfs 中的初始化脚本。以下是详细流程和关键点：

1. GRUB 的加载顺序

(1) 加载阶段

• 第一步：GRUB 读取配置文件（如 /boot/grub/grub.cfg），先将 vmlinuz 加载到内存。

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menuentry 'Linux' {
    linux /boot/vmlinuz-5.15.0-86-generic root=/dev/nvme0n1p2 ro quiet
    initrd /boot/initramfs-5.15.0-86-generic.img
}

• linux 指令指定内核镜像路径。
• initrd 指令指定 initramfs 路径。
• 第二步：GRUB 将 initramfs 加载到内存的指定位置（不执行它）。

(2) 移交控制权

• GRUB 通过 bootmgr 或 multiboot 协议 将控制权交给 vmlinuz，并传递以下信息：
• initramfs 在内存中的地址。
• 内核参数（如 root=/dev/nvme0n1p2）。

2. 内核（vmlinuz）的执行流程

(1) 内核初始化

• 硬件初始化：CPU、内存、基本设备（如屏幕、键盘）。
• 解压自身：vmlinuz 是压缩镜像，首先解压到内存中运行。

(2) 处理 initramfs

• **内核从 GRUB 提供的地址中读取 initramfs**，将其解压到临时内存文件系统（tmpfs）。
• 挂载为临时根文件系统：
内核将 initramfs 挂载为 /，并执行其中的初始化脚本（如 /init 或 /linuxrc）。

(3) 关键区别

• vmlinuz 是执行主体：它是内核本体，负责所有硬件初始化和后续流程。
• initramfs 是数据文件：由内核主动解压并挂载，本身不会“执行”。

3. 完整启动流程

sequenceDiagram
    participant GRUB
    participant vmlinuz
    participant initramfs
    participant RootFS

    GRUB->>vmlinuz: 1. 加载内核到内存
    GRUB->>initramfs: 2. 加载initramfs到内存（不执行）
    vmlinuz->>initramfs: 3. 解压并挂载为临时根文件系统
    initramfs->>initramfs: 4. 执行/init脚本（加载驱动、解密等）
    initramfs->>RootFS: 5. 挂载真实根文件系统
    initramfs->>vmlinuz: 6. 切换根目录（pivot_root）
    vmlinuz->>RootFS: 7. 启动/sbin/init（systemd/sysvinit）

关键步骤解释

  1. GRUB 加载：vmlinuz 和 initramfs 被加载到内存，但只有 vmlinuz 被启动。
  2. 内核接管：vmlinuz 解压自身并初始化基础硬件。
  3. initramfs 处理：内核解压 initramfs 并挂载为临时根文件系统。
  4. initramfs 脚本：执行 /init 脚本，加载驱动、解密磁盘、挂载真实根文件系统。
  5. 根切换：通过 pivot_root 切换到真实根文件系统，最终启动用户空间的 init 进程。

4. 常见误区澄清

(1) 不是“先执行 initramfs”

• initramfs 是数据文件，由内核主动调用，它没有独立的执行能力。
• 类比：vmlinuz 是“操作系统内核”，initramfs 是“启动时用的工具包”，内核需要工具包来完成初始化。

(2) 为什么需要 GRUB 加载 initramfs？

• 内核在启动时无法直接从磁盘读取文件（因驱动未加载），必须由引导加载程序（GRUB）提前将 initramfs 放入内存。

(3) 无 initramfs 的情况

若内核已内置所有驱动（如嵌入式系统），可直接挂载根文件系统，无需 initramfs：

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menuentry 'Linux (No initramfs)' {
    linux /boot/vmlinuz-5.15.0-86-generic root=/dev/sda2 ro
    # 无 initrd 指令
}

5. 调试技巧

(1) 查看 GRUB 加载信息

在 GRUB 菜单按 e 编辑条目，观察 linux 和 initrd 行：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/nvme0n1p2 ro
initrd /boot/initramfs-...img

(2) 跟踪内核启动过程

添加内核参数 rd.debug 或 initcall_debug：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/nvme0n1p2 ro rd.debug

(3) 进入 initramfs Shell

在 GRUB 中添加 break 或 rd.break：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/nvme0n1p2 ro rd.break

启动后会停在 initramfs 的调试 Shell，可手动执行 /init 或检查驱动。

6. 总结

阶段 **组件 动作
GRUB 加载 vmlinuz 先加载到内存（执行主体）。
initramfs 后加载到内存（数据文件）。
内核执行 vmlinuz 解压自身并挂载 initramfs 为临时根。
initramfs 由内核调用其脚本完成早期初始化。

核心原则：
• vmlinuz 是执行者，initramfs 是它使用的工具包。
• GRUB 只是“搬运工”，负责将两者放入内存，不参与实际执行。

vmlinuz初始化基础硬件讲一下？

在 Linux 系统启动过程中，**vmlinuz（压缩的内核镜像）负责初始化基础硬件**，这是内核早期启动的核心阶段。以下是详细的硬件初始化流程和关键步骤：

1. vmlinuz 的硬件初始化阶段

vmlinuz 解压并运行后，硬件初始化分为多个层次，从 CPU 到存储设备逐步展开：

(1) 解压内核镜像

• vmlinuz 是经过压缩的（如 gzip 或 LZ4），首先由引导加载程序（如 GRUB）加载到内存，然后内核自解压到指定内存地址。
• 代码路径：arch/x86/boot/compressed/head_64.S（x86 架构示例）。

(2) 底层 CPU 和内存初始化

• CPU 设置：
• 激活保护模式（x86）或 EL2/EL3（ARM），启用虚拟内存（MMU）。
• 检测 CPU 特性（如 SSE、AVX、多核信息）。
• 内存管理：
• 初始化页表（paging_init），建立虚拟地址映射。
• 探测物理内存布局（通过 BIOS/UEFI 或设备树（DTB）获取）。

(3) 早期控制台和调试输出

• 初始化串口（8250 UART）、VGA 文本模式或 EFI 帧缓冲区，用于输出内核日志（printk）。
• 关键日志： 

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[    0.000000] Linux version 5.15.0-86-generic ...
[    0.000000] Command line: root=/dev/nvme0n1p2 ro
[    0.000000] x86: Booting SMP configuration...

(4) 设备树（DTB）/ACPI 解析

• ARM/嵌入式系统：加载设备树（DTB），描述硬件拓扑（如 CPU、中断控制器、时钟）。
• x86：解析 ACPI 表（如 DSDT、MADT），获取 PCI、APIC 等信息。

(5) 中断和时钟初始化

• 设置中断控制器（如 APIC、GIC），初始化时钟源（如 TSC、HPET）。
• 关键函数：

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init_IRQ();      // 中断初始化
time_init();     // 时钟初始化

(6) 存储设备探测

• PCI/NVMe/SATA 控制器：扫描 PCI 总线，初始化存储控制器。

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[    0.123456] pci 0000:00:1f.2: [8086:9d03] AHCI controller
[    0.234567] nvme nvme0: pci function 0000:01:00.0

• 磁盘设备识别：读取存储设备的 Vendor/Model 信息，但此时尚未加载文件系统驱动。

2. 为什么需要 initramfs 配合？

尽管 vmlinuz 初始化了基础硬件，但以下任务需要 initramfs 辅助：

  1. 加载存储驱动模块：
    • 内核可能以模块形式编译了 NVMe、RAID、LUKS 等驱动，这些模块存储在磁盘上的 /lib/modules，但磁盘尚未挂载。
    • initramfs 提前包含这些模块，确保内核能访问根文件系统。

  2. 解密和复杂存储配置：
    • 加密的根文件系统（LUKS）、逻辑卷（LVM）需要用户态工具（如 cryptsetup、vgchange），这些工具依赖 initramfs 提供的临时环境。

  3. 网络根文件系统：
    • 若根文件系统在 NFS/iSCSI 上，需提前加载网络驱动和配置。

3. 关键代码流程（简化版）

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// arch/x86/kernel/head_64.S
start_kernel()               // 内核入口
  → setup_arch()            // 架构相关初始化（如内存、ACPI）
  → trap_init()             // 异常处理
  → init_IRQ()             // 中断控制器
  → time_init()            // 时钟
  → pci_init()             // PCI 总线扫描
  → rest_init()            // 创建第一个用户进程（init）
    → kernel_init()        // 启动用户空间
      → prepare_namespace()
        → mount_root()     // 挂载根文件系统（依赖initramfs）

4. 无 initramfs 的极简场景

若内核已内置所有必要驱动（如嵌入式系统），vmlinuz 可直接挂载根文件系统：

  1. 内核配置： 

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    Device Drivers →
      [*] NVMe support (编译进内核，非模块)
      File systems →
        [*] Ext4 filesystem support (内置)

  2. GRUB 配置： 

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    linux /boot/vmlinuz root=/dev/nvme0n1p2 ro
    # 无 initrd 指令

5. 调试硬件初始化问题

(1) 查看内核日志

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dmesg | grep -E 'Memory|PCI|AHCI|NVMe|ACPI'

(2) 启动时观察

在 GRUB 中移除 quiet 参数，显示详细启动日志：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/nvme0n1p2 ro  # 删除 quiet

(3) 使用 QEMU 调试

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qemu-system-x86_64 -kernel vmlinuz -append "console=ttyS0" -serial stdio

6. 总结

阶段 vmlinuz 的职责 依赖 initramfs 的场景
CPU/内存 激活保护模式、初始化页表 无
控制台/中断 设置串口、中断控制器 无
存储设备探测 识别 PCI/NVMe/SATA 控制器 驱动以模块形式存在时需加载
根文件系统挂载 调用 mount_root() 需要解密、LVM、网络存储等复杂配置时

vmlinuz 是内核的核心，负责奠定硬件运行基础，而 initramfs 是其“助手”，解决模块化和复杂配置的依赖问题。两者协作确保系统从硬件初始化平滑过渡到用户空间。

这个流程中没有体现出将initramfs解压挂成假根啊？

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// arch/x86/kernel/head_64.S

start_kernel()               // 内核入口
  → setup_arch()            // 架构相关初始化（如内存、ACPI）
  → trap_init()             // 异常处理
  → init_IRQ()             // 中断控制器
  → time_init()            // 时钟
  → pci_init()             // PCI 总线扫描
  → rest_init()            // 创建第一个用户进程（init）
    → kernel_init()        // 启动用户空间
      → prepare_namespace()
        → mount_root()     // 挂载根文件系统（依赖initramfs）

您完全正确！之前的流程简化版本确实遗漏了 initramfs 解压和挂载为临时根文件系统的关键步骤。以下是 修正后的完整流程，明确标注了 initramfs 的处理位置和细节：

修正后的内核启动流程（含 initramfs 处理）

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start_kernel()                  // 内核入口（init/main.c）
  → setup_arch()               // 架构相关初始化（内存、ACPI）
  → trap_init()                // 异常处理
  → init_IRQ()                // 中断控制器
  → time_init()               // 时钟
  → pci_init()                // PCI 总线扫描
  → vfs_caches_init()         // 虚拟文件系统缓存初始化
  → rest_init()               // 创建第一个用户进程
    → kernel_init()           // 启动用户空间
      → kernel_init_freeable()
        → do_basic_setup()    // 驱动模块初始化
          → do_initcalls()    // 调用所有 __initcall
            → populate_rootfs() // 解压 initramfs 到 rootfs
              → unpack_to_rootfs() // 实际解压到内存文件系统
        → prepare_namespace() // 准备命名空间
          → init_mount_tree() // 挂载 initramfs 为临时根
            → mount_root()    // 挂载真正的根文件系统（若需要）
          → devtmpfs_init()  // 初始化 devtmpfs
        → init_post()        // 执行用户空间 init
          → run_init_process("/init") // 执行 initramfs 的 /init 脚本

关键步骤详解：initramfs 如何成为临时根？

1. 解压 initramfs（populate_rootfs）

• 位置：在 do_basic_setup() 阶段，内核调用 populate_rootfs()。
• 动作：
• 从内存中读取 GRUB 加载的 initramfs 镜像（CPIO 格式）。
• 解压到内核内部的 rootfs（内存文件系统）。
• 代码路径：init/initramfs.c

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static int __init populate_rootfs(void) {
    if (initrd_start) // initrd_start 是 GRUB 传递的 initramfs 内存地址
        unpack_to_rootfs((char *)initrd_start, initrd_end - initrd_start);
}

2. 挂载为临时根（init_mount_tree）

• 位置：在 prepare_namespace() 中调用 init_mount_tree()。
• 动作：
• 将包含 initramfs 内容的 rootfs 挂载为 /。
• 创建必要的设备节点（如 /dev/console）。
• 效果：

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/                ← 临时根（initramfs 内容）
├── bin/         ← BusyBox 工具
├── dev/         ← 设备节点
├── lib/         ← 内核模块
└── init         ← 初始化脚本

3. 执行 /init 脚本

• 位置：run_init_process("/init")。
• 动作：
• 执行 initramfs 中的 /init 脚本（通常是 BusyBox 的 shell 脚本）。
• 脚本任务：
◦ 加载存储驱动（如 modprobe nvme）。
◦ 解密 LUKS 分区或激活 LVM。
◦ 挂载真实的根文件系统到 /sysroot。
◦ 执行 pivot_root 切换到真实根。

4. 切换到真实根文件系统

• pivot_root 操作：

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# initramfs 的 /init 脚本示例
mount /dev/nvme0n1p2 /sysroot  # 挂载真实根
pivot_root /sysroot /sysroot/initrd  # 切换根
exec /sbin/init                 # 启动真正的 init（如 systemd）

对比原流程的遗漏点

原流程遗漏 修正后补充
未体现 initramfs 解压 明确 populate_rootfs() 和 unpack_to_rootfs() 步骤。
未展示临时根挂载 添加 init_mount_tree() 将 rootfs 挂载为 /。
未说明 /init 执行 补充 run_init_process("/init") 和 pivot_root 流程。

完整流程图

sequenceDiagram
    participant GRUB
    participant vmlinuz
    participant initramfs
    participant RootFS

    GRUB->>vmlinuz: 加载内核和initramfs到内存
    vmlinuz->>vmlinuz: 解压自身并初始化硬件
    vmlinuz->>initramfs: populate_rootfs()解压initramfs
    vmlinuz->>initramfs: init_mount_tree()挂载为临时根/
    vmlinuz->>initramfs: 执行/init脚本
    initramfs->>initramfs: 加载驱动、解密磁盘等
    initramfs->>RootFS: 挂载真实根到/sysroot
    initramfs->>RootFS: pivot_root切换根目录
    RootFS->>RootFS: 启动/sbin/init（systemd）

调试技巧

1. 验证 initramfs 解压

在内核启动参数添加 rdinit=/bin/sh，进入 initramfs 的 Shell：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/nvme0n1p2 ro rdinit=/bin/sh

检查 / 下的内容是否为 initramfs 的文件。

2. 查看内核日志

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dmesg | grep -E 'initramfs|pivot_root|mount'

输出示例：

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[    0.345678] unpacking initramfs...
[    1.234567] Initramfs unpacking done.
[    2.123456] Trying to unpack rootfs image as initramfs...
[    3.456789] Freeing initrd memory: 32768K
[    5.678901] pivot_root: switching to /sysroot

3. 手动解压 initramfs

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mkdir /tmp/initramfs && cd /tmp/initramfs
zcat /boot/initramfs-$(uname -r).img | cpio -idmv
ls -l /tmp/initramfs  # 查看解压后的文件结构

总结

• **vmlinuz 负责解压和挂载 initramfs**：通过 populate_rootfs() 和 init_mount_tree() 将其设为临时根。
• /init 是过渡桥梁：由 initramfs 的脚本完成硬件初始化和根切换。
• 最终目标：将控制权移交到真实根文件系统的 init 进程（如 systemd）。

这一流程确保了内核在无法直接访问磁盘时，仍能通过内存中的 initramfs 完成关键初始化！

那systemd为啥还要switch_root?到底是initramfs执行的switch_root还是systemd执行的？

在 Linux 系统启动过程中，**switch_root（或 pivot_root）操作是由 initramfs 中的初始化脚本执行的，而不是由 systemd 执行的**。这是为了完成从临时内存文件系统（initramfs）到真实根文件系统的切换。以下是详细解释：

1. 为什么需要 switch_root？

• initramfs 是临时根：
内核启动初期会将 initramfs 解压到内存并挂载为 /，但它仅包含必要的工具和驱动（如 cryptsetup、lvm2、modprobe），并非完整的操作系统环境。
• 真实根文件系统需要挂载：
真正的根文件系统（如 /dev/nvme0n1p2）可能位于加密设备、LVM 卷或网络存储上，需要 initramfs 先准备好这些环境才能挂载。
• 避免路径冲突：
若直接挂载真实根到 /，会导致 initramfs 的文件被覆盖，引发混乱。switch_root 会清空临时根，确保干净切换。

2. 谁执行 switch_root？

(1) initramfs 的初始化脚本

• 在传统的 initramfs 中，通常是一个简单的 Shell 脚本（如 /init），由 BusyBox 或类似工具解析。
• 在基于 systemd 的 initramfs 中，由 systemd 的 initramfs 版本（即 systemd-initrd）调用 switch-root 命令。
• 关键点：
• switch_root 是 initramfs 的最后一步操作，完成后才会移交控制权给真实根文件系统的 systemd。
• systemd（真实根的）此时尚未启动，因此不可能由它执行切换。

(2) systemd 在 initramfs 中的角色

• 若 initramfs 使用 systemd 作为初始化工具（如现代发行版），其流程如下：

  1. initramfs 中的 systemd（systemd-initrd）负责加载驱动、解密磁盘等。
  2. 挂载真实根文件系统到 /sysroot。
  3. 调用 systemd-switch-root 切换到 /sysroot。
  4. 退出并移交控制权：initramfs 的 systemd 进程终止，真实根的 systemd（PID 1）接管。

3. 具体流程对比

(1) 传统 initramfs（BusyBox）

sequenceDiagram
    participant Kernel
    participant Initramfs
    participant RealRoot

    Kernel->>Initramfs: 解压并挂载为临时根
    Initramfs->>Initramfs: 执行/init脚本（加载驱动、解密）
    Initramfs->>RealRoot: 挂载真实根到/sysroot
    Initramfs->>RealRoot: switch_root /sysroot /sbin/init
    Initramfs-->>Kernel: 释放initramfs内存
    RealRoot->>RealRoot: 启动真正的init（如systemd）

(2) 基于 systemd 的 initramfs

sequenceDiagram
    participant Kernel
    participant Initramfs_systemd
    participant RealRoot_systemd

    Kernel->>Initramfs_systemd: 解压并挂载为临时根
    Initramfs_systemd->>Initramfs_systemd: systemd-initrd（加载驱动、解密）
    Initramfs_systemd->>RealRoot_systemd: 挂载真实根到/sysroot
    Initramfs_systemd->>RealRoot_systemd: systemd-switch-root /sysroot
    Initramfs_systemd-->>Kernel: 释放initramfs内存
    RealRoot_systemd->>RealRoot_systemd: 启动systemd（PID 1）

4. 关键代码和命令

(1) 传统 initramfs 的 /init 脚本

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#!/bin/sh
# 加载驱动
modprobe nvme
modprobe ext4

# 解密LUKS分区
cryptsetup open /dev/nvme0n1p2 cryptroot

# 挂载真实根
mount /dev/mapper/cryptroot /sysroot

# 切换根并启动/sbin/init
exec switch_root /sysroot /sbin/init

(2) systemd 的 initramfs 操作

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# 查看 initramfs 中的 systemd 日志
journalctl -b -t systemd -o short-monotonic

# 关键日志示例
[initramfs] Mounted /sysroot.
[initramfs] Switching root to /sysroot...
[systemd] Successfully switched to new root.

5. 常见误区澄清

(1) 不是由真实根的 systemd 执行切换

• 真实根的 systemd（PID 1）尚未启动，直到 switch_root 完成后才会运行。
• initramfs 的 systemd（若有）和真实根的 systemd 是两个独立进程。

(2) switch_root vs pivot_root

• switch_root：专为 initramfs 设计，会清空临时根的所有文件。
• pivot_root：更通用的根切换机制，需手动卸载旧根（较少在 initramfs 中使用）。

6. 调试方法

(1) 观察启动日志

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# 查看 initramfs 的 systemd 日志
journalctl -b -t systemd -o short-monotonic

# 或直接跟踪启动过程
dmesg | grep -E 'initramfs|switch_root'

(2) 进入 initramfs Shell

在 GRUB 启动菜单中编辑内核参数，添加 rd.break：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/nvme0n1p2 ro rd.break

启动后会停在 initramfs 的 Shell，可手动执行 switch_root。

7. 总结

阶段 执行者 操作
initramfs 初始化 initramfs 的 /init 或 systemd-initrd 加载驱动、挂载真实根文件系统到 /sysroot。
根切换 initramfs 的脚本或 systemd-switch-root 调用 switch_root 切换到 /sysroot，移交控制权。
真实根启动 真实根的 systemd（PID 1） 接管系统，继续启动用户空间服务。

核心原则：
• switch_root 是 initramfs 的“临终遗言”，完成后 initramfs 及其进程（包括自身的 systemd）会被彻底销毁。
• 真实根的 systemd 是全新的 PID 1，它从未见过 initramfs 的环境。

那这日志前面为啥标注systemd?

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rd.break=pre-mount

有的时候退出去后，还是会报错
systemd[1]: No /sbin/init, trying fallback
systemd[1]: Failed to execute /bin/sh, giving up: No such file or directory

您遇到的问题是 initramfs 在切换根文件系统时失败，而日志中标注 systemd 的原因在于：即使系统未成功切换到真实根文件系统，initramfs 内部可能仍在使用 systemd 作为初始化工具。以下是详细分析和解决方案：

1. 为什么日志中标注 systemd？

(1) initramfs 使用了 systemd 作为初始化工具

现代发行版（如 Ubuntu 20.04+、RHEL 8+）的 initramfs 默认集成 **systemd-initrd**（systemd 的轻量版），用于：
• 管理 initramfs 中的服务（如加载驱动、解密磁盘）。
• 尝试启动真实根文件系统的 /sbin/init（即 systemd）。

(2) 错误来源

当您使用 rd.break=pre-mount 中断启动流程时：

  1. initramfs 的 systemd 仍在运行（负责初始化硬件和挂载前的准备工作）。
  2. 当它尝试执行 /sbin/init 或 /bin/sh 时，真实根文件系统尚未挂载，因此找不到这些文件。
  3. 错误日志由 initramfs 的 systemd（PID 1）打印，而非真实根的 systemd。

2. 错误日志的完整上下文

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# 日志示例
systemd[1]: No /sbin/init, trying fallback       ← initramfs 的 systemd 打印
systemd[1]: Failed to execute /bin/sh, giving up: No such file or directory

• **systemd[1]**：表示这是 PID 1 的进程（即 initramfs 的 systemd）。
• **No /sbin/init**：initramfs 尝试启动真实根的 /sbin/init，但 /sysroot 未挂载，导致路径无效。
• **/bin/sh fallback**：systemd 的备用方案是启动 Shell，但 initramfs 中可能未包含 /bin/sh（或路径错误）。

3. 根本原因

(1) 真实根文件系统未挂载

• rd.break=pre-mount 会在挂载真实根文件系统前暂停，此时：
• /sysroot 目录为空或未挂载。
• initramfs 的 systemd 无法找到真实根中的 /sbin/init 或 /bin/sh。

(2) initramfs 的 Shell 工具缺失

• 若 initramfs 未包含 /bin/sh（或 BusyBox 未正确链接），systemd 的回退操作会失败。

4. 解决方案

(1) 手动挂载真实根文件系统

在 rd.break=pre-mount 暂停后，手动完成挂载和切换：

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# 1. 检查存储设备（如 NVMe、LUKS）
lsblk
cryptsetup open /dev/nvme0n1p2 cryptroot  # 如果是加密分区

# 2. 挂载真实根文件系统
mount /dev/mapper/cryptroot /sysroot      # 或直接挂载 /dev/nvme0n1p2

# 3. 检查 /sysroot 内容
ls /sysroot/sbin/init                     # 确认 /sbin/init 存在

# 4. 切换根目录
exec switch_root /sysroot /sbin/init      # 或 /usr/lib/systemd/systemd

(2) 修复 initramfs

若 initramfs 缺少关键工具（如 /bin/sh），需重新生成：

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# Ubuntu/Debian
update-initramfs -u -k $(uname -r)

# RHEL/CentOS
dracut -f /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

(3) 使用更完整的调试 Shell

在 GRUB 中改用 rd.break（不带 pre-mount），进入 initramfs 的完整 Shell：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/nvme0n1p2 ro rd.break

5. 为什么 initramfs 的 systemd 会尝试启动 /sbin/init？

• 设计逻辑：
initramfs 的 systemd 默认假设真实根文件系统已挂载到 /sysroot，因此会尝试：

  1. 执行 /sysroot/sbin/init（真实根的 systemd）。
  2. 若失败，尝试 /sysroot/bin/sh 作为备用。
  3. 若仍失败，报错并停止（如您所见）。

• 在 rd.break=pre-mount 时的问题：
流程被中断，/sysroot 未挂载，因此所有路径解析失败。

6. 总结

现象 原因 解决方案
systemd[1] 报错 initramfs 的 systemd 尝试启动真实根的 /sbin/init，但 /sysroot 未挂载。 手动挂载 /sysroot 并执行 switch_root。
缺少 /bin/sh initramfs 未包含必要的 Shell 工具。 重新生成 initramfs。

关键点：
• **initramfs 的 systemd ≠ 真实根的 systemd**，前者是过渡工具，后者是最终目标。
• rd.break=pre-mount 是一个“半成品”状态，需手动干预完成挂载和切换。

initramfs中有systemd？

是的！现代 Linux 发行版（如 Ubuntu 20.04+、RHEL/CentOS 8+、Fedora、Arch Linux）的 initramfs 中确实会包含一个轻量版的 **systemd**（称为 systemd-initrd），用于替代传统的 Shell 脚本（如 BusyBox）来管理初始化流程。以下是关键细节：

1. 为什么 initramfs 需要 systemd？

(1) 统一初始化管理

• **传统 initramfs**：依赖 /init 脚本（通常是 BusyBox）手动加载驱动、解密磁盘等，逻辑分散且难以维护。
• **systemd-initrd**：用 systemd 的单元文件（.service）管理任务，提供依赖关系、并行启动和标准化日志。

(2) 支持复杂功能

• 自动解密：通过 systemd-cryptsetup 服务处理 LUKS 加密。
• 网络挂载根：通过 systemd-networkd 配置网络后挂载 NFS/iSCSI。
• 早期用户空间服务：如 systemd-udev 处理设备检测。

(3) 与主系统无缝衔接

• 真实根文件系统的 systemd（PID 1）可以平滑继承 initramfs 中的服务状态。

2. initramfs 中的 systemd 如何工作？

(1) 文件结构

解压 initramfs 后可以看到 systemd 相关文件：

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lsinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img | grep -E 'systemd|init'
# 示例输出：
usr/lib/systemd/systemd          # systemd 二进制文件
usr/lib/systemd/systemd-udevd    # udev 守护进程
usr/lib/systemd/systemd-cryptsetup
etc/systemd/system/              # 单元文件目录

(2) 启动流程

  1. **内核加载 initramfs**：
    解压后执行默认入口 /init（通常是一个符号链接到 /usr/lib/systemd/systemd）。
  2. systemd 作为 PID 1：
    读取 initramfs 中的单元文件（如 cryptsetup-pre.target、sysroot.mount）。
  3. 执行任务：
    • 加载驱动模块（modprobe.service）。
    • 解密磁盘（systemd-cryptsetup@.service）。
    • 挂载真实根文件系统到 /sysroot。
  4. 切换根目录：
    调用 systemd-switch-root 切换到 /sysroot，启动真实根的 systemd。

(3) 日志查看

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journalctl -b -t systemd -o short-monotonic
# 示例输出：
[initramfs] systemd[1]: Reached target Cryptography Setup.
[initramfs] systemd[1]: Mounting /sysroot...
[initramfs] systemd[1]: Successfully switched to root.

3. 与传统 initramfs（BusyBox）的对比

特性 传统 initramfs（BusyBox） systemd-initrd
初始化逻辑 手动脚本（/init） 通过 .service 单元文件管理
驱动加载 modprobe 命令 systemd-modules-load.service
磁盘解密 cryptsetup 脚本 systemd-cryptsetup@.service
日志记录 输出到控制台或临时文件 通过 journald 结构化记录
调试便利性 需手动添加 break 或 rd.break 支持 systemctl 命令和日志过滤

4. 如何确认 initramfs 使用了 systemd？

(1) 检查 /init 的链接目标

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ls -l /init
# 若输出指向 systemd：
lrwxrwxrwx 1 root root 20 Jan 1 00:00 /init -> usr/lib/systemd/systemd

(2) 查看 initramfs 内容

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lsinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img | grep 'systemd'
# 或解压后检查：
mkdir /tmp/initrd && cd /tmp/initrd
zcat /boot/initramfs-$(uname -r).img | cpio -idmv
ls -l usr/lib/systemd/

(3) 检查启动日志

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dmesg | grep -i 'systemd.*initramfs'
# 或：
journalctl -b -t systemd -o short-monotonic

5. 常见问题与解决

(1) 启动卡在 initramfs 的 systemd

• 原因：真实根文件系统未挂载（如驱动缺失、解密失败）。
• 解决：
• 在 GRUB 中添加 rd.break 进入紧急 Shell。
• 手动挂载 /sysroot 并检查：

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cryptsetup open /dev/nvme0n1p2 cryptroot
mount /dev/mapper/cryptroot /sysroot
exit  # 继续启动

(2) systemd 报错找不到 /sbin/init

• 原因：/sysroot 未挂载时，initramfs 的 systemd 尝试启动真实根的 systemd 失败。
• 解决：
• 确保真实根文件系统已挂载到 /sysroot。
• 检查 /sysroot/sbin/init 是否存在：

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chroot /sysroot /bin/bash -c "ls -l /sbin/init"

(3) 禁用 initramfs 的 systemd

• 不推荐：但可通过重建 initramfs 切换回 BusyBox：

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# Ubuntu/Debian
echo 'FRAMEWORK=busybox' > /etc/initramfs-tools/conf.d/no-systemd
update-initramfs -u

# RHEL/CentOS
dracut --no-systemd -f /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

6. 总结

• initramfs 中的 systemd 是一个轻量级版本，用于替代传统初始化脚本，提供更强大的服务管理和日志功能。
• 核心作用：

  1. 加载驱动、解密磁盘、挂载真实根文件系统。
  2. 通过 systemd-switch-root 切换到真实根的 systemd（PID 1）。
    • 调试技巧：
    • 使用 journalctl 查看 initramfs 日志。
    • 通过 rd.break 进入紧急 Shell 手动修复。

这种设计使得现代 Linux 系统的启动流程更加统一和可靠，尤其在处理加密、网络根等复杂场景时优势明显。

initramfs中轻量级的systemd与真实的systemd的区别？initramfs中轻量级别的systemd是怎么被执行的？

在 Linux 系统启动过程中，initramfs 中的轻量级 systemd（称为 systemd-initrd）与真实根文件系统中的完整 systemd（PID 1）有显著区别。以下是它们的核心差异和执行机制的详细分析：

一、轻量级 systemd-initrd vs 完整 systemd

特性 initramfs 中的 systemd-initrd 真实根文件系统的 systemd (PID 1)
二进制文件 精简版，仅包含必要功能（如 cryptsetup、mount） 完整功能，支持所有系统服务管理（如 networkd、logind）
服务单元 仅加载关键服务（如 dracut-cmdline、sysroot.mount） 加载所有用户和系统服务（如 sshd、getty）
目标（target） 主要使用 initrd.target 和 initrd-switch-root.target 使用标准目标（如 multi-user.target、graphical.target）
日志系统 日志输出到内存或控制台（无持久化） 通过 journald 持久化存储日志
设备管理 依赖 systemd-udevd 的轻量级版本 完整版 udev 规则和设备管理
依赖关系 仅处理与启动相关的依赖（如 cryptsetup-pre.target） 处理所有服务的复杂依赖关系
运行环境 运行在 initramfs 的临时根文件系统中 运行在真实的根文件系统上
退出方式 通过 systemd-switch-root 切换到真实根后自我终止 持续运行，作为系统的初始化进程（PID 1）

二、initramfs 中轻量级 systemd 的执行流程

1. 内核加载 initramfs

• GRUB 配置：
GRUB 通过 initrd 指令将 initramfs 镜像加载到内存，并传递给内核：

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linux /boot/vmlinuz-5.15.0-86-generic root=/dev/nvme0n1p2 ro
initrd /boot/initramfs-5.15.0-86-generic.img

• 内核解压：
内核解压 initramfs 到内存中的 tmpfs，并挂载为临时根文件系统（/）。

2. 启动轻量级 systemd

• 入口点：
initramfs 的 /init 通常是一个符号链接，指向 /usr/lib/systemd/systemd：

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ls -l /init
# 输出示例：
lrwxrwxrwx 1 root root 20 Jan 1 00:00 /init -> usr/lib/systemd/systemd

• 执行流程：

  1. 内核调用 /init，启动 systemd-initrd 作为第一个用户空间进程（PID 1）。
  2. systemd-initrd 读取 initramfs 中的单元文件（位于 /etc/systemd/system/ 或 /usr/lib/systemd/system/）。
  3. 依次执行关键任务：
    ◦ 加载内核模块（modprobe.service）。
    ◦ 解密磁盘（systemd-cryptsetup@.service）。
    ◦ 挂载真实根文件系统到 /sysroot（sysroot.mount）。
    ◦ 准备设备节点（initrd-udevadm-cleanup-db.service）。

3. 切换到真实根文件系统

• **systemd-switch-root**：
轻量级 systemd 最终调用以下命令完成切换：

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exec /usr/lib/systemd/systemd-switch-root /sysroot /sbin/init

• 操作细节：
1. 卸载 initramfs 的所有文件系统。
2. 将 /sysroot 挂载为新的根目录 /。
3. 执行真实根文件系统的 /sbin/init（即完整版 systemd）。
• 自我终止：
systemd-initrd 进程退出，由真实根的 systemd 接管 PID 1。

三、关键代码与调试技巧

1. 查看 initramfs 中的 systemd 单元

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# 解压 initramfs 并检查单元文件
lsinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img | grep -A 10 "systemd/system"
# 或手动解压：
mkdir /tmp/initrd && cd /tmp/initrd
zcat /boot/initramfs-$(uname -r).img | cpio -idmv
ls -l usr/lib/systemd/system/*.target

2. 调试 systemd-initrd 启动过程

• 方法 1：添加调试参数
在 GRUB 中编辑内核命令行，添加 systemd.log_level=debug：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/nvme0n1p2 ro systemd.log_level=debug

• 方法 2：进入 Shell
使用 rd.break 暂停启动流程：

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linux /boot/vmlinuz-... root=/dev/nvme0n1p2 ro rd.break

进入 Shell 后手动执行：

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# 查看 systemd 运行状态
systemctl --no-pager list-units
# 尝试挂载真实根
mount /dev/nvme0n1p2 /sysroot
exit  # 继续启动

3. 日志分析

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# 查看 initramfs 阶段的 systemd 日志
journalctl -b -t systemd -o short-monotonic
# 过滤关键事件：
journalctl -b | grep -E 'systemd.*(Mounting|Reached|Starting)'

四、常见问题解答

Q1: 为什么 initramfs 不直接使用完整版 systemd？

• 资源限制：initramfs 需尽量小巧（通常几 MB 到几十 MB），完整 systemd 包含大量非必要功能（如用户会话管理）。
• 单一职责：systemd-initrd 仅需完成硬件初始化和根切换，无需管理长期运行的服务。

Q2: 如何自定义 initramfs 中的 systemd 服务？

• 添加自定义单元：
在 /etc/dracut.conf.d/ 或 /usr/lib/dracut/modules.d/ 中定义新服务，然后重建 initramfs：

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# RHEL/CentOS
dracut -f
# Ubuntu/Debian
update-initramfs -u

Q3: 轻量级 systemd 失败后会怎样？

• Fallback 机制：
若 systemd-switch-root 失败，会尝试启动 emergency shell（若编译时启用了该选项）。
• 错误日志：
通过 journalctl 或控制台输出查看具体原因（如磁盘未解密、/sysroot 未挂载）。

五、总结

• 轻量级 systemd-initrd 是 initramfs 的“临时管理员”，专为启动初期设计，功能精简且目标明确。
• 执行流程：由内核调用 /init → 加载关键服务 → 挂载真实根 → 通过 systemd-switch-root 自我替换为完整 systemd。
• 调试核心：通过 rd.break 和 journalctl 观察初始化过程，重点关注服务依赖和根文件系统挂载步骤。

这种设计既保证了启动流程的标准化，又兼顾了灵活性和性能，是现代 Linux 系统可靠启动的关键架构！

两个systemd共用一份systemd代码？

在 Linux 系统中，**initramfs 中的轻量级 systemd（systemd-initrd）和真实根文件系统中的完整 systemd（PID 1）共享同一份源代码**，但在编译和运行时会有显著差异。以下是具体分析：

1. 代码共享：同一代码库，不同编译配置

(1) 源代码相同

• 代码来源：两者均来自 systemd 官方代码库，共用相同的核心模块（如 systemd.c、unit.c）。
• 关键区别：通过编译时的配置选项（meson 参数）和运行时环境，决定其功能范围和行为。

(2) 编译差异

编译选项 systemd-initrd（initramfs） 完整 systemd（PID 1）
-Dinitrd=true 启用，仅编译初始化必需的模块 禁用，编译全部功能模块
-Dstandalone-binaries=true 生成独立二进制文件（如 systemd-udevd） 生成完整集成二进制文件
-Ddefault-hierarchy=unified 可能禁用 cgroups v2 的复杂功能 完全支持 cgroups v2
依赖库 仅链接最小依赖（如 libc、libcrypt） 链接所有依赖（如 libselinux、dbus）

(3) 二进制文件对比

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# 查看 initramfs 中的 systemd 大小（精简版）
ls -lh /usr/lib/systemd/systemd
# 对比真实根的 systemd（完整版）
ls -lh /lib/systemd/systemd

• **systemd-initrd**：通常更小（几百 KB 到 1 MB），仅包含必要功能。
• **完整 systemd**：更大（几 MB），包含所有功能模块。

2. 运行时差异：功能与行为

(1) 功能裁剪

• systemd-initrd 会动态禁用非必要功能：

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// systemd 源代码中检查是否运行在 initramfs
if (in_initrd()) {
    disable_non_essential_features();
}

• 例如：跳过 user sessions、dbus、socket activation。

(2) 单元文件加载

• systemd-initrd 仅加载 initramfs 中的单元文件：

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/etc/systemd/system/initrd.target.wants/
└── sysroot.mount          # 挂载真实根文件系统
└── cryptsetup.target      # 解密磁盘

• 完整 systemd 加载 /etc/systemd/system/ 和 /usr/lib/systemd/system/ 下的所有单元。

(3) 日志与调试

• **systemd-initrd**：日志默认输出到控制台或内存缓冲区（无持久化）。
• **完整 systemd**：通过 journald 持久化存储日志。

3. 执行流程：如何从 systemd-initrd 切换到完整 systemd？

(1) 内核启动 initramfs

  1. GRUB 加载 vmlinuz 和 initramfs 到内存。
  2. 内核解压 initramfs，执行 /init（符号链接到 /usr/lib/systemd/systemd）。

(2) systemd-initrd 初始化

• 运行 initrd.target 目标，依次执行：

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systemd-modules-load.service → 加载内核模块
systemd-cryptsetup@.service → 解密磁盘
sysroot.mount → 挂载真实根到 /sysroot

(3) 切换根文件系统

调用 systemd-switch-root 完成以下操作：

  1. 卸载 initramfs 的所有文件系统。
  2. 将 /sysroot 挂载为新的 /。
  3. 执行 /sbin/init（指向完整 systemd），自身退出。
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// systemd-switch-root 的核心逻辑（简化）
execve("/sbin/init", argv, envp);  // 替换为完整 systemd

4. 验证共享代码的实践方法

(1) 检查二进制文件符号

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# 对比两个 systemd 的编译选项
strings /usr/lib/systemd/systemd | grep "INITRD"
strings /lib/systemd/systemd | grep "FEATURES"

• initramfs 的 systemd 会包含 INITRD_COMPAT 等标志。

(2) 查看版本信息

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/usr/lib/systemd/systemd --version
/lib/systemd/systemd --version

• 两者版本号应完全一致（如 systemd 252），但功能列表不同。

(3) 调试编译过程

若自行编译 systemd，可通过 meson 参数控制：

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# 编译 initramfs 专用版本
meson setup build-initrd -Dinitrd=true -Dstandalone-binaries=true
ninja -C build-initrd

# 编译完整版本
meson setup build-full -Dinitrd=false
ninja -C build-full

5. 常见问题解答

Q1: 为什么 initramfs 不直接使用完整 systemd？

• 空间限制：initramfs 需尽量小巧（通常几 MB），完整 systemd 可能占用数十 MB。
• 安全性：减少攻击面，避免在早期启动时加载非必要功能。

Q2: 能否修改 initramfs 中的 systemd 行为？

• 是：通过覆盖 initramfs 中的单元文件（如 /etc/systemd/system/initrd.target.wants/），然后重建 initramfs：

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# Ubuntu/Debian
update-initramfs -u
# RHEL/CentOS
dracut -f

Q3: 如果 systemd 代码更新，是否需要同步两者？

• 是：需重新编译并更新 initramfs 和真实根的 systemd 二进制文件，保持版本一致。

6. 总结

维度 systemd-initrd（initramfs） 完整 systemd（PID 1）
代码来源 同一份源代码，编译时启用 -Dinitrd=true 同一份源代码，默认编译
功能范围 仅保留硬件初始化和根切换功能 支持全部系统管理功能
二进制大小 精简（几百 KB） 完整（几 MB）
运行时行为 临时进程，退出后由完整 systemd 接管 持久运行，作为系统的初始化进程（PID 1）

通过代码复用和编译优化，Linux 既保持了 systemd 的统一架构，又满足了启动阶段对轻量化和高效性的需求。

linux > boot > grub
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grub中vmlinuz initramfs分析
https://realwujing.github.io/linux/boot/grub/grub中vmlinuz initramfs分析/
作者
Wu Jing
发布于
2025年11月18日
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