本文约2500字,今天依然还是在弄认证组的安全漏洞问题,需要删除mdisk中的部分无用的命令和库文件来快速解决扫描出来的异常问题,刚好整理下ramdisk的集成工作原理。本文将从ARM64架构特性出发,深入解析ramdisk的集成方式、引导流程,以及内核编译集成ramdisk时的文件系统启动逻辑,结合实操案例彻底理解这一核心机制。
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在ARM64嵌入式Linux 系统中,ramdisk(准确来说主流是 initramfs)是内核与根文件系统之间的关键桥梁 —— 尤其在无物理磁盘(如 EMMC/NVMe)的嵌入式场景下,ramdisk 承担着 “临时根文件系统” 的核心角色。
一 ramdisk基础认知(基于ARM64架构)
首先明确核心概念,避免混淆:
[1].initrd 和 initramfs:
ARM64 架构下几乎全部使用initramfs(基于 cpio 打包的内存文件系统),而非传统的 initrd(块设备镜像)。
initramfs更轻量、内核原生支持,无需额外块设备驱动即可挂载,是嵌入式 ARM64 的首选。
[2].ramdisk 的核心价值:
内核启动后需立即挂载根文件系统,ramdisk 作为 “临时根” 解决这一依赖;
承载硬件初始化脚本、驱动模块,为挂载物理根文件系统(如 EMMC 中的 ext4)做准备;
极简系统中可直接作为永久根文件系统。
[3].ARM64 架构约束:
ramdisk需加载到内核可寻址的物理内存区域(需避开内核镜像、设备树、外设地址),且地址需符合 ARM64的4KB/2MB/1GB页对齐要求。
二 ramdisk与 Linux 内核的本质关系
内核与 ramdisk 的联动是启动流程的核心,关键逻辑可总结为:
[1].内核的 “根文件系统依赖”:Linux 内核启动到start_kernel()后期,必须挂载根文件系统,否则会触发 panic(VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0));
[2].ramdisk 的 “过渡角色”:内核先挂载 ramdisk 为临时根,执行其中的/init脚本完成硬件初始化(如加载驱动、初始化存储控制器),再通过pivot_root或switch_root切换到物理根文件系统;
[3].ARM64 内核的处理逻辑:内核通过解析引导参数(bootargs)或内置镜像,定位 ramdisk 在内存中的位置,解压后注册为/dev/ram0块设备,最终挂载为根文件系统。
三 ARM64 下 RAMDisk 的两种集成方式
ramdisk 与内核的集成分为 “外置式” 和 “内置式”,二者的引导逻辑差异显著:
[1].方式 1:外置式 RAMDisk(独立镜像)
这是最常见的方式,ramdisk 以独立 cpio/gz 镜像存在,与内核 Image 分开存储(如 EMMC、SPI Flash)。
生成方式:通过 cpio 打包文件系统目录,gzip 压缩(例:find . | cpio -o -H newc | gzip > ramdisk.cpio.gz);
核心依赖:需引导程序(如 U-Boot)将 ramdisk 加载到指定内存地址,并通过bootargs告知内核;
典型 bootargs:console=ttyAMA0,115200 root=/dev/ram0 rw initrd=0x88000000,0x4000000(0x88000000为 ramdisk 内存起始地址,0x4000000为镜像大小)。
[2].方式 2:内置式 ramdisk(编译进内核)
我们项目中ramdisk是编译进内核中的。
将 ramdisk 镜像直接嵌入内核 Image 中,内核启动时自动解压使用,无需 U-Boot 传递 ramdisk 参数,适合极简嵌入式系统。
核心原理:内核编译时,将 initramfs的cpio镜像写入内核的.init.ramfs段(由 ARM64 链接脚本vmlinux.lds.S定义);
配置方式:通过内核menuconfig开启CONFIG_INITRAMFS_SOURCE,指定 cpio 镜像路径;
优势:简化引导流程,无需 U-Boot 处理 ramdisk,降低嵌入式系统的引导层依赖。
四 ARM64 下 ramdisk的引导流程深度解析
ARM64 系统的启动链路为:U-Boot → 内核Image → ramdisk → 根文件系统,不同集成方式的引导流程差异集中在 “内核如何获取并挂载 ramdisk”。
[1]. 外置 ramdisk的完整引导流程

关键步骤解析:
U-Boot 阶段:核心是 “加载 + 传参”,需确保 ramdisk 加载地址不与内核、设备树重叠(ARM64 内核默认加载地址为 0x80080000);
内核 head.S 阶段:ARM64 汇编代码完成底层硬件初始化(MMU、栈、页表),为后续 C 代码执行铺路;
内核 C 代码阶段:setup_initramfs()(arch/arm64/kernel/setup.c)解析initrd参数,populate_rootfs()(init/initramfs.c)解压 ramdisk 并挂载。
[2]. 内置ramdisk的引导流程(重点)
内置 ramdisk 的核心差异是 “无需 U-Boot 传参”,内核自动识别并解压内置镜像。
内核源码关键逻辑:
编译阶段:内核 Makefile 将CONFIG_INITRAMFS_SOURCE指定的 cpio 文件嵌入到.init.ramfs段;
启动阶段: populate_rootfs()函数检测到内置 ramdisk 后,调用unpack_to_rootfs()解压到内存根目录;
挂载阶段:内核自动将root参数设为/dev/ram0,无需用户配置。
五 实操案例:编译内置 ramdisk的 ARM64 内核
以下步骤基于 Linux 6.1 LTS 内核,演示如何将极简 initramfs 编译进 ARM64 内核,并通过 QEMU 验证:
步骤 1:准备交叉编译环境
# 安装ARM64交叉编译器sudo apt install gcc-aarch64-linux-gnu# 下载内核源码git clone --depth 1 --branch v6.1 https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux.gitcd linux
步骤 2:制作极简 initramfs 镜像
# 创建initramfs目录结构mkdir -p initramfs/{bin,dev,proc,sys}# 复制busybox(需提前编译ARM64版本)cp /path/to/busybox-aarch64 initramfs/bin/# 创建常用命令软链接ln -s busybox initramfs/bin/shln -s busybox initramfs/bin/lsln -s busybox initramfs/bin/mount# 编写核心init脚本(必须有执行权限)cat > initramfs/init << EOF#!/bin/sh# 挂载核心文件系统mount -t proc none /procmount -t sysfs none /sysmount -t devtmpfs none /dev# 输出启动提示echo "===== ARM64 Built-in Initramfs Started ====="# 进入交互式shellexec /bin/shEOFchmod +x initramfs/init# 打包为cpio.gz镜像cd initramfsfind . -print0 | cpio --null -ov --format=newc > ../initramfs.cpiogzip ../initramfs.cpiocd ..`
步骤 3:配置内核集成 initramfs
# 加载默认ARM64配置make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- defconfig# 图形化配置make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- menuconfig在 menuconfig 中配置:plaintextGeneral setup --->Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support [*]Initramfs source file(s) --> /path/to/initramfs.cpio.gz # 填写实际路径
步骤 4:编译内核并验证
# 编译ARM64内核Imagemake ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- Image -j$(nproc)# QEMU模拟ARM64启动(无需传递ramdisk参数)qemu-system-aarch64 -machine virt -cpu cortex-a57 -m 1G -kernel arch/arm64/boot/Image -serial stdio -nographic
成功启动后,终端会输出===== ARM64 Built-in Initramfs Started =====,并进入交互式 shell,说明内置 ramdisk 已正常加载。
六 常见问题与调试技巧
[1].内核 panic:VFS: Unable to mount root fs
[2].原因:内置 ramdisk 路径配置错误、cpio 包格式非newc、ramdisk 无/init脚本;
[3].调试:添加内核启动参数initcall_debug,查看 ramdisk 解压日志。
ARM64 内存地址冲突
外置 ramdisk 加载地址与内核重叠:调整 U-Boot 的loadaddr(内核)和rdaddr(ramdisk)参数,确保地址间隔≥ramdisk 大小。
内置 ramdisk 编译后内核过大
[4].优化:使用strip精简 busybox、移除不必要的命令,或开启内核CONFIG_INITRAMFS_COMPRESSION_GZIP压缩内置镜像。
本文总结(核心关键点):
[1].ramdisk 的核心角色:ARM64 内核启动的 “过渡根文件系统”,解决内核对物理根文件系统的依赖;
[2].两种集成方式:外置式依赖 U-Boot 传参,灵活易维护;内置式编译进内核,简化引导流程;
[3].核心逻辑: 无论外置 / 内置,ARM64 内核最终都会将 ramdisk 解压为/dev/ram0并挂载,执行/init脚本完成启动。
掌握 ramdisk 的集成与引导机制,是理解 ARM64 嵌入式 Linux 启动流程的关键,也是调试内核启动 panic、定制根文件系统的核心基础。
以上为全文内容。
这里是女程序员的笔记本
15年+嵌入式软件工程师兼二胎宝妈
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