初期RAMディスク

Linuxシステム では、initrd(初期RAM ディスク) は、 Linux の起動プロセスの一部として使用される一時的なルートファイル システムをメモリにロードするためのスキームです。および(INITial RAM File System から) は、これを実現するための 2 つの異なる方法を指します。 どちらも、実際のルートファイル システムをマウントする前の準備によく使用されます。 initrdinitramfs

多くのLinux ディストリビューションは、単一の汎用Linux カーネルイメージを出荷します。これは、ディストリビューションの開発者がさまざまなハードウェアで起動できるように特別に作成したものです。この汎用カーネル イメージのデバイス ドライバーは、ロード可能なカーネル モジュールとして含まれています。これは、多くのドライバーを 1 つのカーネルに静的にコンパイルすると、カーネル イメージが非常に大きくなり、メモリが限られたコンピューターで起動するには大きすぎる可能性があるためです。また、存在しないハードウェアや競合するハードウェアをプローブするため、起動時にクラッシュやその他の問題が発生する場合があります。この静的にコンパイルされたカーネル アプローチでは、使用されなくなったモジュールや不要になったモジュールがカーネル メモリに残り、起動時にルート ファイル システムをマウントするために必要なモジュールを検出してロードする、またはルート ファイル システムがどこにあるか、または何であるかを推測する問題が発生します。^[1]

さらに複雑なことに、ルートファイルシステムはソフトウェアRAIDボリューム、LVM、NFS（ディスクレスワークステーション）、または暗号化されたパーティション上にある可能性があります。これらすべてをマウントするには特別な準備が必要です。^[2]

もう 1 つの複雑な点は、カーネルによる休止状態のサポートです。休止状態は、メモリの内容全体のイメージをスワップ パーティションまたは通常のファイルにダンプして、コンピュータをディスクに一時停止し、その後電源をオフにします。次回の起動時に、このイメージをメモリに再度読み込む前に、このイメージにアクセスできるようにする必要があります。

カーネルに多くの特殊なケースの処理をハードコードする必要を回避するために、一時的なルートファイルシステム（現在は初期ユーザースペースと呼ばれています）を使用した初期ブートステージが使用されます。このルートファイルシステムには、実際のルートファイルシステムをマウントするために必要なハードウェア検出、モジュールの読み込み、およびデバイスの検出を行うユーザースペースヘルパーを含めることができます。^[2]

この初期ルート ファイル システムのイメージ(カーネル イメージとともに) は、Linux ブートローダまたはコンピュータのブート ファームウェアがアクセスできる場所に保存する必要があります。これは、ルート ファイル システム自体、光ディスク上のブート イメージ、ローカル ディスク上の小さなパーティション (ブート パーティション、通常はext2またはFATファイル システムを使用)、またはTFTPサーバー (イーサネットからブートできるシステムの場合) のいずれかになります。

ブートローダはカーネルと初期ルート ファイル システム イメージをメモリにロードし、カーネルを起動して、イメージのメモリ アドレスを渡します。ブート シーケンスの最後に、カーネルは最初の数ブロックのデータからイメージの形式を判別しようとします。これにより、initrd または initramfs スキームのいずれかが決定されます。

initrd方式では、イメージはファイルシステムイメージ (オプションで圧縮) であり、特別なブロックデバイス( /dev/ram ) で使用可能になり、初期ルートファイルシステムとしてマウントされます。^[3]そのファイルシステムのドライバーは、カーネルに静的にコンパイルする必要があります。多くのディストリビューションは、もともと圧縮されたext2ファイルシステムイメージを使用していましたが、その他のディストリビューション ( Debian 3.1 を含む)は、メモリが限られたシステムで起動するためにcramfs を使用していました。これは、cramfs イメージが、解凍のための余分なスペースを必要とせずに、その場でマウントできるためです。初期ルートファイルシステムが起動すると、カーネルは最初のプロセスとして/linuxrc を実行します。 ^[4]終了すると、カーネルは実際のルートファイルシステムがマウントされたと想定し、/sbin/init を実行して通常のユーザースペースブートプロセスを開始します。^[3]

initramfs方式 (Linux カーネル 2.6.13 以降で使用可能)では、イメージはcpioアーカイブ (オプションで圧縮) またはそのようなアーカイブの連結になります。アーカイブはカーネルによってtmpfsの特別なインスタンスに解凍され、これが初期ルート ファイル システムになります。この方式の利点は、中間ファイル システムやブロック ドライバーをカーネルにコンパイルする必要がないことです。^[5]一部のシステムでは、 dracutパッケージを使用して initramfs イメージを作成します。^[6] initramfs 方式では、カーネルは/init を、終了することが想定されていない最初のプロセスとして実行します。^[5]一部のアプリケーションでは、initramfs はcasperユーティリティを使用して書き込み可能な環境を作成し、unionfsを使用して読み取り専用のルート ファイル システム イメージに永続レイヤーをオーバーレイできます。たとえば、オーバーレイ データをUSB フラッシュ ドライブに保存し、ライブ CDに保存された圧縮されたSquashFS読み取り専用イメージをルート ファイル システムとして使用できます。^{[7] [8]}

カーネルは静的にコンパイルされたアルゴリズムに応じて、gzip、bzip2、LZMA、XZ、LZO、LZ4、^[9]、zstdで圧縮された initrd/initramfs イメージを解凍できます。

Debianなどの一部の Linux ディストリビューションは、ATA、SCSI、ファイルシステムカーネル モジュールなど、特定のコンピューターを起動するために必要なものだけを含むカスタマイズされた initrd イメージを生成します。これらには通常、ルート ファイル システムの場所とタイプが埋め込まれます。

他の Linux ディストリビューション ( FedoraやUbuntuなど) は、より汎用的な initrd イメージを生成します。これらは、ルート ファイル システムのデバイス名 (またはそのUUID ) のみで起動し、起動時に他のすべてを検出する必要があります。この場合、ソフトウェアはルート ファイル システムをマウントするために、複雑な一連のタスクを実行する必要があります。

• ブート プロセスが依存するハードウェア ドライバーはすべてロードする必要があります。一般的な構成では、共通のストレージ デバイスのカーネル モジュールを initrd にパックし、ホットプラグエージェントを呼び出して、コンピューターの検出されたハードウェアに一致するモジュールを取得します。
• ブートスプラッシュ画面を表示するシステムでは、ビデオハードウェアを初期化し、ユーザー空間ヘルパーを起動して、ブートプロセスと同期してディスプレイにアニメーションを描画する必要があります。
• ルート ファイル システムが NFS 上にある場合は、プライマリネットワーク インターフェイスを起動し、DHCPクライアントを呼び出して、DHCP リースを取得し、リースから NFS 共有の名前と NFS サーバーのアドレスを抽出し、NFS 共有をマウントする必要があります。
• ルート ファイル システムがソフトウェア RAID デバイス上にある場合、RAID ボリュームがどのデバイスにまたがっているかを知る方法はありません。標準のMD ユーティリティを呼び出して、使用可能なすべてのブロック デバイスをスキャンし、必要なデバイスをオンラインにする必要があります。
• ルート ファイル システムが論理ボリューム上にある場合は、LVM ユーティリティを呼び出して、ルート ファイル システムを含むボリューム グループをスキャンしてアクティブ化する必要があります。
• ルート ファイル システムが暗号化されたブロック デバイス上にある場合、ソフトウェアはヘルパー スクリプトを呼び出して、ユーザーにパスフレーズの入力やハードウェア トークン (スマート カードや USB セキュリティドングルなど) の挿入を促し、デバイス マッパーを使用して復号化ターゲットを作成する必要があります。

一部のディストリビューションでは、 udevなどのイベント駆動型ホットプラグ エージェントが使用されています。これは、特定のルールに一致するハードウェア デバイス、ディスク パーティション、およびストレージ ボリュームがオンラインになると、ヘルパー プログラムを呼び出します。これにより、検出を並行して実行し、LVM、RAID、または暗号化の任意のネストに段階的にカスケードして、ルート ファイル システムに到達できます。

ルート ファイル システムが最終的に表示されると、マウントされたルート ファイル システムでは実行できないメンテナンス タスクはすべて実行され、ルート ファイル システムは読み取り専用でマウントされ、実行を継続する必要があるプロセス (スプラッシュ スクリーン ヘルパーやそのコマンドFIFOなど) は新しくマウントされたルート ファイル システムに移行されます。

最終的なルート ファイル システムを単純に/にマウントすることはできません。そうすると、最終的なクリーンアップ タスクで初期ルート ファイル システム上のスクリプトとツールにアクセスできなくなります。

• initrd では、新しいルートは一時的なマウント ポイントにマウントされ、 pivot_root(8) (この目的のために特別に導入されました) によって所定の位置に回転されます。これにより、初期のルート ファイル システムはマウント ポイント ( /initrdなど) に残り、通常のブート スクリプトは後でこれをアンマウントして、initrd によって保持されているメモリを解放できます。
• initramfsでは、初期ルートファイルシステムをローテーションすることはできません。^[10]代わりに、単に空にされ、最終的なルートファイルシステムがその上にマウントされます。

ほとんどの初期ルートファイルシステムは、/linuxrcまたは/init をシェルスクリプトとして実装しているため、最小限のシェル (通常は/bin/ash ) といくつかの重要なユーザー空間ユーティリティ (通常はBusyBoxツールキット) が含まれています。さらにスペースを節約するために、シェル、ユーティリティ、およびそれらをサポートするライブラリは、通常、スペース最適化を有効にしてコンパイルされ ( gccの "-Os" フラグなど)、この目的のために特別に作成されたC ライブラリの最小限のバージョンであるklibcにリンクされます。^[11]

Linux ディストリビューションのインストーラーは通常、永続的なストレージがセットアップされる前にインストーラー インターフェイスとサポート ツールをホストできる必要があるため、完全に initramfs から実行されます。^{[引用が必要]}

Tiny Core Linux ^[12]とPuppy Linux ^{[13] [検証失敗]}はinitrdから完全に実行できます。

Windows Vista 以降、^{[14] Windows は}WIMディスク イメージ ファイルから起動できます。このファイル形式は公開されています。^[15]これは ZIP 形式に似ていますが、ハード リンク、重複排除されたチャンクをサポートし、チャンク単位の圧縮を使用します。この場合、WIM 全体が最初に RAM にロードされ、その後カーネルが初期化されます。次に、ロードされた WIM は、割り当てられたドライブ文字を持つ SystemRoot として使用できます。Windows インストーラーはこれを使用して BOOT.WIM から起動し、インストールする Windows ファイルのコレクションとして INSTALL.WIM を使用します。

また、Windows プレインストール環境(Windows PE) でも同じものが使用され、一部のウイルス対策ソフトウェアやバックアップ/災害復旧ソフトウェアの個別ブート バージョンのベースとして使用されます。

また、物理ドライブに配置された WIM または VHD ファイルから常に起動するように Windows をインストールすることもできます。ただし、Windows ブート ローダーは、Linux で initrd を必要とするタスクであるブート時カーネル モジュールの .sys ファイルをロードできるため、この方法はほとんど使用されません。

• ドラカット
• ブースター initramfs ジェネレーター
• Linux の起動プロセス
• RAMから実行されるLinuxディストリビューションのリスト
• EFI ブート スタブ (Arch Linux Wiki)

• Debian initramfs ツール
• initrd 生成ツールキットの詳細な比較
• 初期のユーザー空間サポートに関するカーネルドキュメント
• 「initrd から initramfs への切り替えの動機」。2013 年 1 月 4 日時点のオリジナルよりアーカイブ。代替URL