initrd遇到的问题及initramfs相关

问题背景

最新在升级新驱动时遇到了一个很奇葩的问题：在客户某个版本的系统下，不管是将核外驱动包以前的老版本卸载后再安装新版本，还是直接升级该核外驱动包的新版本，从加载的驱动中读出的驱动版本一直是老的，甚至将该驱动包卸载后驱动还会加载，且为老版本，查找了一圈发现连KO都已经不存在了，奇了怪了，最后就把目光怀疑到了 **initrd**，果然在initrd里面有这个wifi驱动。

那它是怎么进去的呢？默认的initrd是没有将该wifi驱动放在里面的，后来发现居然是其他驱动的dkms包hooks脚本暴力将整个updates/dkms目录拉进了initrd ~~

下面，我们来看看这个 initrd 与 initramfs, 以下主要以 Debian/Ubuntu 系的发行版为例。

initrd与initramfs

initramfs 和 initrd 都是 Linux 启动过程中用于临时根文件系统（initial root filesystem）的机制，目的是在挂载真正的根文件系统之前加载必要的驱动、模块和工具。虽然它们目标一致，但在实现方式、历史演进和现代使用上存在关键区别。

一、基本概念对比

特性 initrd（Initial RAM Disk） initramfs（Initial RAM File System）
出现时间 较早（Linux 2.4 时代） 较新（Linux 2.6 起成为主流）
技术基础 块设备镜像（模拟磁盘），需格式化为 ext2 等文件系统 cpio 归档 + tmpfs，直接作为内存中的文件系统
加载方式 内核将其当作一个 RAM disk 挂载 内核直接解压 cpio 到 tmpfs 中
内存效率 较低（固定大小，即使未用满也占用内存） 较高（按需分配，动态增长/收缩）
复杂度 需要文件系统驱动支持（如 ext2） 无需额外文件系统，内核原生支持 cpio
现代使用 ❌ 已基本被 initramfs 取代 ✅ 当前所有主流发行版默认使用

二、技术细节差异

1. initrd 的工作流程

  1. Bootloader（如 GRUB）将 vmlinuz（内核）和 initrd.img 加载到内存。
  2. 内核创建一个 RAM disk 设备（如 /dev/ram0）。
  3. 将 initrd.img 解压并挂载为一个块设备上的文件系统（通常是 ext2）。
  4. 执行其中的 /linuxrc 脚本。
  5. 脚本完成后，卸载 initrd，挂载真正的根文件系统。

⚠️ 缺点： 需要内核内置对应文件系统的驱动（如 ext2），且内存浪费大。

2. initramfs 的工作流程

  1. Bootloader 加载内核和 initramfs（通常也是叫 initrd.img，但内容是 cpio 格式）。
  2. 内核将 cpio 归档直接解压到 tmpfs（基于内存的临时文件系统）中。
  3. 执行 /init 脚本（不再是 /linuxrc）。
  4. 脚本完成必要操作（如加载加密/LVM/RAID 驱动）后，通过 switch_root 切换到真正的根文件系统。

✅ 优点：

  • 不依赖特定文件系统；
  • 内存使用更高效；
  • 实现更简洁，集成度更高。

三、文件命名的“混淆”

尽管现代系统几乎都使用 initramfs 技术，但出于兼容性和习惯，生成的文件仍常命名为：

  • /boot/initrd.img-<kernel-version>（Debian/Ubuntu）

🔍 如何判断实际类型？

file /boot/initrd.img-$(uname -r)

initramfs会输出类似结果：
initrd.img-5.4.18-142-generic: ASCII cpio archive (SVR4 with no CRC)

✅ 注：
在今天谈论 “initrd” 时，绝大多数情况下实际指的是 initramfs，通常仍叫 initrd.img，但内容是 initramfs。
真正的 initrd 已成为历史，仅在非常老的系统或特殊嵌入式场景中存在。

initramfs 管理

Debian/Ubuntu 系的发行版中主要使用 initramfs-tools 来生成和管理 initramfs 。
它在系统安装、内核更新或手动配置时自动构建 /boot/initrd.img-* 文件，确保系统启动时能加载必要的驱动。

一、核心组件

组件 说明
/usr/sbin/update-initramfs 主命令行工具，用于创建/更新/删除 initramfs
/etc/initramfs-tools/ 配置目录，控制 initramfs 内容
/usr/share/initramfs-tools/ 脚本和模块模板（hooks、scripts 等）

二、常用命令：update-initramfs

基本语法

sudo update-initramfs -[c|u|d] -k <kernel-version>
选项 含义
-c create：为指定内核创建新的 initramfs
-u update：更新现有 initramfs（最常用）
-d delete：删除指定内核的 initramfs
-k all 对所有已安装内核操作
-k $(uname -r) 仅对当前运行内核操作（默认行为）

常用示例

1. 更新当前内核的 initramfs（最常见）
sudo update-initramfs -u
# 等价于
sudo update-initramfs -u -k $(uname -r)
2. 为所有内核更新 initramfs
sudo update-initramfs -u -k all
3. 手动为内核创建 initramfs
sudo update-initramfs -c -k 6.8.0-40-generic

三、关键配置目录：/etc/initramfs-tools/

1. /etc/initramfs-tools/modules

显式指定要包含的内核模块（每行一个）：

# 示例：强制包含 USB 存储和 NVMe 驱动
usb_storage
nvme

⚠️ 仅当自动依赖分析未包含必要模块时才需手动添加。

2. /etc/initramfs-tools/conf.d/

存放配置片段文件（如 modules, compress, cryptroot 等）。

3. /etc/initramfs-tools/scripts/

自定义启动脚本目录，分阶段执行：

子目录 执行时机
init-top/ 最早执行（挂载根文件系统前）
init-premount/ 挂载根文件系统前
local-top/ 根设备已发现但未挂载
local-bottom/ 根文件系统已挂载，即将 switch_root

4. /etc/modprobe.d/

虽然不属于 initramfs-tools 直接管理，但其中的 blacklist 规则会影响模块是否被包含：

# /etc/modprobe.d/blacklist-mydriver.conf
blacklist problematic_driver

配合 update-initramfs -u 可从 initramfs 中移除该驱动。

initramfs 调试与验证

1. 查看 initramfs 内容

# 列出文件（无需解压）
lsinitramfs /boot/initrd.img-$(uname -r)

# 或传统方式
zcat /boot/initrd.img-$(uname -r) | cpio -it

2. 解包 initramfs（用于调试）

mkdir /tmp/initrd && cd /tmp/initrd
zcat /boot/initrd.img-$(uname -r) | cpio -idmv

initramfs 典型使用场景

场景 1：添加缺失的存储驱动

系统无法识别 NVMe 硬盘？
→ 编辑 /etc/initramfs-tools/modules 添加 nvme
→ 运行 sudo update-initramfs -u

场景 2：排除有问题的驱动

某个驱动导致启动卡死？
→ 在 /etc/modprobe.d/blacklist.conf 中加入 blacklist bad_driver
→ 运行 sudo update-initramfs -u

场景 3：自定义启动逻辑

需要在挂载根分区前执行脚本？
→ 将脚本放入 /etc/initramfs-tools/scripts/local-top/
→ 设为可执行：chmod +x script.sh
→ 运行 sudo update-initramfs -u

initramfs 注意事项

  • 不要随意删除 initramfs，否则系统可能无法启动。
  • 修改配置后必须运行 update-initramfs -u 才能生效。
  • 自动更新：通过 apt upgrade 安装新内核时，系统会自动调用 update-initramfs -c 为新内核生成镜像。
  • initramfs 大小：包含过多模块会增大镜像，延长启动时间，建议仅保留必要驱动。