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制作initrd(5):解剖Ubuntu安装盘_ubuntu initrd

ubuntu initrd

    ubuntu定期更新他们的iso,iso引导系统后会有Try/Install Ubuntu两个选项。特别是选择了livecd,仅仅一张盘子就能运行一个图形化的linux,总觉得挺神奇的。在好奇心的推动下我打算拆开iso分析它是怎样引导到系统的。

    按常识,完整引导linux系统需要bootloader/kernel/(initrd)/fs这4个组件紧密配合(要不就叫启动4要素吧),光盘引导linux也一定是遵循这个过程,因此下文也按这个顺序展开。第一步当然得挂载iso,很可惜iso是只读的,因此要做修改还得把内容拷出来并修改权限。(注意,后面的命令都是用root帐户运行的)

  1. root@ubuntu:~# rsync /media/Ubuntu\ 14.10\ amd64/ -a ~/Desktop/iso/
  2. root@ubuntu:~# chmod -R 744 ~/Desktop/iso/

    嗯,这里安装盘已经被分尸了,后面就可以一块块拿出来看看改改。首先看下bootloader的入口点,网上查了一把安装盘以isolinux.bin作为bootloader,位于isolinux/isolinux.bin。一般bootloader会读取用户配置文件从中取出引导参数。isolinux读取的配置文件位于同层目录isolinux/isolinux.cfg:

  1. path
  2. include menu.cfg
  3. default vesamenu.c32
  4. prompt 0
  5. timeout 50
  6. ui gfxboot bootlogo

打开后并没有见到/proc/cmdline中常见的kernel=xxx initrd=xxx之类的内容,不过仔细一看居然有include menu.cfg语句(具体参考islinux语法),想想就知道肯定是去包含其他配置文件。经过对include语句层层跟进,最终在isolinux/txt.cfg这个文件中找到熟悉的kernel引导项:

  1. default live
  2. label live
  3. menu label ^Try Ubuntu without installing
  4. kernel /casper/vmlinuz
  5. append file=/cdrom/preseed/ubuntu.seed boot=casper initrd=/casper/initrd.lz quiet splash --
  6. label live-install
  7. menu label ^Install Ubuntu
  8. kernel /casper/vmlinuz
  9. append file=/cdrom/preseed/ubuntu.seed boot=casper only-ubiquity initrd=/casper/initrd.lz quiet splash --
默认引导项是live。kernel文件位于casper/vmlinuz,initrd文件位于casper/initrd.lz同时,isolinux还向kernel提供了一个重要的参数boot=casper,初次看到这个参数,我以为这是告诉bootloader要从casper文件夹下寻找kernel和initrd文件,后来发现,并非如此,后面马上会提到。

    既然bootloader都指定kernel的位置了,那我们就跟进到casper文件夹下

  1. root@ubuntu:/media/Ubuntu 14.10 amd64# cd casper/
  2. root@ubuntu:/media/Ubuntu 14.10 amd64/casper# ls
  3. filesystem.manifest filesystem.size initrd.lz
  4. filesystem.manifest-remove filesystem.squashfs vmlinuz.efi
  5. root@ubuntu:/media/Ubuntu 14.10 amd64/casper#

    看文件名的输出基本能猜到启动4要素中剩下的3个要素就在这几个文件里了。另外,看文件大小也知道光盘的核心数据在这个文件夹中。假设,bootloader已经把执行权交给kernel,就是casper/vmlinuz了(这个流程过于复杂我就略过了)。vmlinuz的最后会搜索根文件系统,由根文件系统检测系统配置并通过udevadm加载相应的modules,为进一步加载真实的fs做准备。可惜,这里的initrd双击打开什么都看不到,那就这么停止分析了么?当然不会,都分尸了,总的好好利用一下尸体吧~先分析一下initrd.lz的文件性质

  1. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper# file initrd.lz
  2. initrd.lz: LZMA compressed data, streamed
    嗯,lzma压缩,好的,解压

  1. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper# mv initrd.lz initrd.lzma
  2. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper# lzma -d initrd.lzma
  3. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper# ls|grep initrd
  4. initrd
  5. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper# file initrd
  6. initrd: ASCII cpio archive (SVR4 with no CRC)
  7. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper#
    嗯,真调皮还经过cpio归档,再分解就能看到initrd的目录结构,这个结构和前面文章<制作initrd(N)>基本相同,毕竟这个initrd是mkinitramfs做出来的么:
  1. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper# cpio -idmv < initrd
  2. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper# ls
  3. bin sbin
  4. conf lib scripts
  5. etc lib64 usr
  6. init run var
    好的,请打开init脚本,这是kernel加载initrd后执行的第一个进程,里面先挂载虚拟的文件系统然后设置了一堆变量:

  1. #!/bin/sh
  2. [ -d /dev ] || mkdir -m 0755 /dev
  3. [ -d /root ] || mkdir -m 0700 /root
  4. [ -d /sys ] || mkdir /sys
  5. [ -d /proc ] || mkdir /proc
  6. [ -d /tmp ] || mkdir /tmp
  7. mkdir -p /var/lock
  8. mount -t sysfs -o nodev,noexec,nosuid sysfs /sys
  9. mount -t proc -o nodev,noexec,nosuid proc /proc
  10. # Some things don't work properly without /etc/mtab.
  11. ln -sf /proc/mounts /etc/mtab
  12. grep -q '\<quiet\>' /proc/cmdline || echo "Loading, please wait..."
  13. # Note that this only becomes /dev on the real filesystem if udev's scripts
  14. # are used; which they will be, but it's worth pointing out
  15. if ! mount -t devtmpfs -o mode=0755 udev /dev; then
  16. echo "W: devtmpfs not available, falling back to tmpfs for /dev"
  17. mount -t tmpfs -o mode=0755 udev /dev
  18. [ -e /dev/console ] || mknod -m 0600 /dev/console c 5 1
  19. [ -e /dev/null ] || mknod /dev/null c 1 3
  20. fi
  21. mkdir /dev/pts
  22. mount -t devpts -o noexec,nosuid,gid=5,mode=0620 devpts /dev/pts || true
  23. mount -t tmpfs -o "noexec,nosuid,size=10%,mode=0755" tmpfs /run
  24. mkdir /run/initramfs

  1. export init=/sbin/init
  2. export quiet=n
  3. export readonly=y
  4. export rootmnt=/root
  5. ...
  6. for x in $(cat /proc/cmdline); do
  7. case $x in
  8. ...
  9. boot=*)
  10. BOOT=${x#boot=}
  11. ;;
  12. ...
  13. esac
  14. done
    重要的来了,init脚本分析/proc/cmdline并以此设置参数,前面引导kernel时提到isolinux会向kernel传递参数boot=casper,目的就是设置BOOT变量,再来看下这个变量做了啥?

    

  1. export BOOT
  2. # Don't do log messages here to avoid confusing graphical boots
  3. run_scripts /scripts/init-top
  4. maybe_break modules
  5. [ "$quiet" != "y" ] && log_begin_msg "Loading essential drivers"
  6. load_modules
  7. [ "$quiet" != "y" ] && log_end_msg
  8. [ -n "${netconsole}" ] && modprobe netconsole netconsole="${netconsole}"
  9. maybe_break premount
  10. [ "$quiet" != "y" ] && log_begin_msg "Running /scripts/init-premount"
  11. run_scripts /scripts/init-premount
  12. [ "$quiet" != "y" ] && log_end_msg
  13. maybe_break mount
  14. log_begin_msg "Mounting root file system"
  15. . /scripts/${BOOT} #关键的一行
  16. parse_numeric ${ROOT}
  17. maybe_break mountroot
  18. mountroot #挂载fs函数
  19. log_end_msg
    加载modules后,init根据BOOT的值,include几个文件,对于光盘启动就是casper/initrd/scripts/casper这个shell脚本,这个脚本提供了mountroot挂载fs函数的实现

  1. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper/scripts# file casper
  2. casper: POSIX shell script, ASCII text executable

    一下摘取了casper脚本的部分代码,具体分析日后再说!

  1. mountroot() {
  2. exec 6>&1
  3. exec 7>&2
  4. exec > casper.log
  5. exec 2>&1
  6. tail -f casper.log >&7 &
  7. tailpid="$!"
  8. parse_cmdline
  9. [ "$quiet" != "y" ] && log_begin_msg "Running /scripts/casper-premount"
  10. run_scripts /scripts/casper-premount
  11. [ "$quiet" != "y" ] && log_end_msg

   经过initrd的一番折腾,最终是要去挂载fs了。和initrd一样,fs是个压缩过的镜像,镜像名casper/filesystem.squashfs。为了解剖这个镜像需要换把剔肉刀:squashfs-tools

root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper# apt-get install squashfs-tools

    解压是个漫长的过程,特别是在虚拟机中可以看一个视频净化一下心灵:

  1. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper# unsquashfs filesystem.squashfs
  2. Parallel unsquashfs: Using 1 processor
  3. 174753 inodes (185772 blocks) to write
   解压后多了一个squashfs-root的目录,ls看一下里面就是运行livecd时用到的文件系统。

  1. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper/squashfs-root# ls
  2. bin dev home lib media opt root sbin sys usr
  3. boot etc initrd.img lib64 mnt proc run srv tmp
  4. root@ubuntu:~/Desktop/iso/casper/squashfs-root

   好,这篇解剖报告到此为止,剧透一下后两篇的安排,制作initrd(6)应该是定制fs 制作initrd(7)是分析initrd中casper脚本的内容

   






    

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