Linuxkit 中的 kernel+initrd 镜像启动过程

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Linuxkit 中有一种镜像输出方式是 kernel+initird，以这类镜像为例，我们就来谈谈一个可运行的操作系统启动过程“发展史”：

  1. 开机，主板上电 CPU Reset，寄存器初始化，根据 CS、IP 寄存器（FFFF0h） 运行第一条指令地址，由于处于内存高位地址，所以一般是一个简单的跳转指令（JMP），找到对应的BIOS 程序

  2. 启动 BIOS 进行 POST 自检 （内存等硬件自检），然后 BIOS 会查找可引导的设备，找到后也就是对应的引导扇区 MBR，加载内存中，然后执行

引导扇区比较小，只有 512 字节，所以肯定无法完成后续的操作系统加载初始化的所有工作，所以这里就包含了一些关键信息：如何继续启动过程和装载 OS 的一些信息，也就是包含分区表，Boot Code（查看哪个分区是 Active）Boot code 执行后就会把控制权交给对应 Active 分区的 boot 部分

  1. 接下来就是 Bootloader（比如 GRUB） 部分，装载 kernel 和 initrd

initrd 就是 Ram Disk，可以被 kernel 解压使用，用来作为临时的 root 文件系统，直到真正的 root 文件系统被挂载。
initrd 主要包含了可以挂载真正 root 文件系统的程序和一 些必要的驱动

kernel 和 initrd 配合完成上面的，就开始将控制权交给 /sbin/init (对于 initramfs 则是 /init)，/sbin/init 主要会加载所有对应的 service 和用户空间的工具（配置的内容在 /etc/inittab 文件中），挂载对应 /etc/fstab 下的分区

  1. 用户进入登录界面

特别说明，关于 initrd 和 initramfs 区别，在于
initrd 和 initramfs 都是作为根文件系统被挂载前的临时文件系统，被内核调用

区别是：(更详细参考文献 12)
initrd 是 linux kernel 2.6 前引入的， 是一个 gzip 压缩的文件系统类型的镜像，需要内核中相应的模块编译才能完成对应的加载（比如loop 设备）
initramfs 是 linux kernel 2.6 引入的，一个 gzip 压缩的 cpio 归档，是一个内存盘，不依赖于底层的文件系统

Image type Location of init Tool used to build the image
initramfs /init cpio -H newc -o
initrd /sbin/init mkcramfs, genext2fs (and others)

具体查看对应镜像中的内容如下：

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initrd： 
# mkdir /tmp/initrd
# cp initrd.img /tmp/initrd
# gunzip < /tmp/initrd/initrd.img
# mkdir /mnt/initrd
# mount –ro loop /tmp/initrd/initrd /mnt/initrd
# cd /mnt/initrd


initramfs：
# gunzip -c /boot/initrd-2.6.31.img > /tmp/my_initrd
# cpio -it < /tmp/my_initrd         [examine contents]
 lib
 lib/udev
 lib/udev/console_init
 lib/firmware
 lib/firmware/radeon
 lib/firmware/radeon/RV730_me.bin
 ... snip ...
 lib/modules
 lib/modules/2.6.31
 lib/modules/2.6.31/radeon.ko
 lib/modules/2.6.31/modules.isapnpmap
 ... and so on and so on ...
# cd [somewhere]                    [in preparation for unloading]
# cpio -i < /tmp/my_initrd          [unload]

参考：

[1] http://flint.cs.yale.edu/feng/cos/resources/BIOS/
[2] https://www.bbsmax.com/A/pRdBnwg9dn/
[3] http://www.dewassoc.com/kbase/hard_drives/master_boot_record.htm
[4] https://www.pks.mpg.de/~mueller/docs/suse10.1/suselinux-manual_en/manual/cha.boot.html
[5] https://www.novell.com/documentation/suse91/suselinux-adminguide/html/ch12s03.html
[6] https://www.kernel.org/doc/html/v4.10/admin-guide/initrd.html
[7] https://access.redhat.com/documentation/en-US/Red_Hat_Enterprise_Linux/5/html/Installation_Guide/ch-boot-init-shutdown.html
[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Initrd
[9] https://en.wikipedia.org/wiki/Linux_startup_process
[10] http://www.thegeekstuff.com/2011/02/Linux-boot-process/
[11] http://www.aclevername.com/articles/linux-xilinx-tutorial/minimalist-initramfs.html
[12] https://www.kernel.org/doc/Documentation/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt
[13] https://www.zhihu.com/question/22364502
[14] https://www.linux.com/learn/kernel-newbie-corner-initrd-and-initramfs-whats
[15] http://www.aclevername.com/articles/linux-xilinx-tutorial/minimalist-initramfs.html
[16] https://zh.wikipedia.org/wiki/Initrd
[17] https://ksearch.wordpress.com/2010/09/30/extract-contents-of-initrd/