4. 构建最小 initramfs：使用 BusyBox 手动构建一个可用的最小 initramfs

在理解了内核参数传递机制之后，我们需要一个可用的 initramfs 来承载根文件系统并执行初始化逻辑。BusyBox 是一个集成了数百个精简版 Unix 工具的单二进制文件，非常适合构建最小化的 initramfs。本节将带领你从零开始，手动构建一个包含 BusyBox 的最小 initramfs，并验证其能够成功挂载根文件系统并启动 /init 进程。

4.1 构建流程概览

构建最小 initramfs 的核心流程分为四个阶段：准备目录结构、编译 BusyBox、编写初始化脚本、打包为 cpio 归档。下图展示了完整的构建流水线：

4.2 准备目录骨架

initramfs 本质上是一个小型的根文件系统，需要包含必要的目录结构。创建一个临时工作目录，并建立以下子目录：

mkdir -p /tmp/my_initramfs
cd /tmp/my_initramfs
mkdir -p bin dev etc lib lib64 proc sbin sys usr/bin usr/sbin usr/lib

4.3 编译并安装 BusyBox

从 busybox.net 下载源码，或使用系统包管理器安装。以下步骤演示从源码编译并安装到 initramfs 目录：

# 下载并解压（以 1.36.1 为例）
wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.36.1.tar.bz2
tar -xf busybox-1.36.1.tar.bz2
cd busybox-1.36.1

# 配置为静态编译（避免依赖动态库）
make defconfig
make menuconfig  # 进入 Settings → Build static binary (no shared libs) → 选中
# 或者直接修改 .config：
sed -i 's/# CONFIG_STATIC is not set/CONFIG_STATIC=y/' .config

# 编译并安装到 initramfs 目录
make -j$(nproc)
make CONFIG_PREFIX=/tmp/my_initramfs install

安装完成后，/tmp/my_initramfs/bin/ 下会出现 busybox 二进制文件，以及指向它的符号链接（如 sh、mount、ls 等）。

4.4 创建设备节点

initramfs 启动时需要基本的设备节点。使用 mknod 命令手动创建：

cd /tmp/my_initramfs
sudo mknod -m 622 dev/console c 5 1
sudo mknod -m 666 dev/null c 1 3
sudo mknod -m 666 dev/zero c 1 5
sudo mknod -m 444 dev/random c 1 8
sudo mknod -m 444 dev/urandom c 1 9
sudo mknod -m 666 dev/tty c 5 0
sudo mknod -m 666 dev/tty0 c 4 0

4.5 编写 /init 脚本

/init 是 initramfs 的入口点，内核在挂载 initramfs 后执行的第一个用户空间程序。以下是一个最小化的 /init 脚本，它挂载必要的文件系统、创建 /dev 节点，然后切换到真正的根文件系统：

#!/bin/sh

# 挂载 proc 和 sysfs
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys

# 挂载 devtmpfs 自动创建设备节点
mount -t devtmpfs none /dev

# 在 /dev 下创建关键节点（如果 devtmpfs 未自动创建）
mknod /dev/console c 5 1 2>/dev/null
mknod /dev/null c 1 3 2>/dev/null

# 打印内核引导参数
echo "Kernel command line: $(cat /proc/cmdline)"

# 解析 root= 参数，获取根设备
ROOT_DEVICE=""
for param in $(cat /proc/cmdline); do
    case "$param" in
        root=*)
            ROOT_DEVICE="${param#root=}"
            ;;
    esac
done

if [ -z "$ROOT_DEVICE" ]; then
    echo "ERROR: No root= parameter found!"
    exec /bin/sh
fi

# 挂载真正的根文件系统
echo "Mounting root device: $ROOT_DEVICE"
mount -o rw "$ROOT_DEVICE" /mnt/root 2>/dev/null || {
    echo "Failed to mount $ROOT_DEVICE"
    exec /bin/sh
}

# 清理并切换到真正的根
exec switch_root /mnt/root /sbin/init

赋予执行权限：

chmod +x /tmp/my_initramfs/init

4.6 打包为 cpio 归档

将整个 initramfs 目录树打包为 cpio 归档，并可选地使用 gzip 压缩：

cd /tmp/my_initramfs
find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc 2>/dev/null | gzip -9 > /boot/initramfs-busybox.cpio.gz

验证归档内容：

zcat /boot/initramfs-busybox.cpio.gz | cpio -t 2>/dev/null | head -20

输出示例：

.
bin
bin/busybox
bin/sh
dev
dev/console
dev/null
init
proc
sys
...

4.7 测试启动

使用 QEMU 快速验证 initramfs 能否正常启动：

qemu-system-x86_64 \
    -kernel /boot/vmlinuz-$(uname -r) \
    -initrd /boot/initramfs-busybox.cpio.gz \
    -append "root=/dev/sda1 console=ttyS0" \
    -nographic

如果一切正常，你会看到内核启动日志，随后进入 BusyBox 的 shell 提示符（如果 /init 脚本中未找到根设备或挂载失败，会 fallback 到 shell）。

4.8 常见问题与调试

4.9 最小 initramfs 结构总览

下图展示了构建完成后 initramfs 的完整目录结构和关键文件关系：

4.10 优化建议

• 静态编译：减少对动态库的依赖，降低 initramfs 体积和启动失败风险。
• 精简工具集：在 make menuconfig 中禁用不需要的 applet，只保留 mount、switch_root、sh、ls、cat 等核心工具。
• 使用 musl libc：如果追求极致体积，可以使用 musl 替代 glibc 编译 BusyBox，生成的二进制更小。
• 压缩方式：使用 gzip -9 或 xz 压缩 cpio 归档，减少内存占用。
• 内核内置 initramfs：可以将 cpio 归档直接链接到内核镜像中，通过 CONFIG_INITRAMFS_SOURCE 配置。