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initrdを展開・編集・作成

投稿日

UbuntuOSベースのシンクライアントを作成していた時、
起動時のスプラッシュロゴ表示や、ファイルシステムの復号化処理を行うため、
initrd内部の書き換えを行っていました

なかなかプライベートで触る事は少ないため、書き残しておきます。

環境

  • Linux Mint 19

initrdとは

Linuxを起動する際に、各ディストリビューションとして動作するために必要なサービスやドライバが含まれたファイル群を固めた物

Linuxが起動する時には、基本的に以下の順序で読み込まれていく

  • 1.UEFI
  • 2.ブートローダ
  • 3.カーネル
  • 4.init

カーネルを読み込み基本的なコマンドを使用できる状態にしてから、initrdをマウント、initrd内部の/initを実行する

Linux起動時に黒画面に出現するログは、大半がinitを実行している時に出ている

手順

initrdを作業ディレクトリにコピーする

/bootフォルダ以下に似たような名前のファイルがあるため、それをコピーしてください

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$ mkdir work # 作業フォルダ作成
$ cd work
$ cp /boot/initrd.img-4.15.0-54-generic ./initrd

zcatで復号しつつ、ファイルとして出力

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$ mkdir initrdfiles
$ cd initrdfiles
$ zcat ../initrd | cpio -idmv

ファイルを確認

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$ ls
bin  conf  etc  init  lib  lib64  run  sbin  scripts  usr  var

initを見てみる

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$ vi init

init を見てみると shによって実行できる形で書かれている事がわかります。

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#!/bin/sh

# Default PATH differs between shells, and is not automatically exported
# by klibc dash.  Make it consistent.
export PATH=/sbin:/usr/sbin:/bin:/usr/bin

[ -d /dev ] || mkdir -m 0755 /dev
[ -d /root ] || mkdir -m 0700 /root
[ -d /sys ] || mkdir /sys
[ -d /proc ] || mkdir /proc
[ -d /tmp ] || mkdir /tmp
mkdir -p /var/lock
mount -t sysfs -o nodev,noexec,nosuid sysfs /sys
mount -t proc -o nodev,noexec,nosuid proc /proc

case " $(cat /proc/cmdline) " in
*\ quiet\ *)
	quiet=y
	;;
*)
	quiet=n
	echo "Loading, please wait..."
	;;
esac
export quiet

# Note that this only becomes /dev on the real filesystem if udev's scripts
# are used; which they will be, but it's worth pointing out
mount -t devtmpfs -o nosuid,mode=0755 udev /dev
mkdir /dev/pts
mount -t devpts -o noexec,nosuid,gid=5,mode=0620 devpts /dev/pts || true
mount -t tmpfs -o "noexec,nosuid,size=10%,mode=0755" tmpfs /run
mkdir -m 0755 /run/initramfs

# Export the dpkg architecture
export DPKG_ARCH=
. /conf/arch.conf

# Set modprobe env
export MODPROBE_OPTIONS="-qb"

# Export relevant variables
export ROOT=
export ROOTDELAY=
export ROOTFLAGS=
export ROOTFSTYPE=
export IP=
export IP6=
export BOOT=
export BOOTIF=
export UBIMTD=
export break=
export init=/sbin/init
export readonly=y
export rootmnt=/root
export debug=
export panic=
export blacklist=
export resume=
export resume_offset=
export drop_caps=
export fastboot=n
export forcefsck=n
export fsckfix=
export recovery=
export NETWORK_SKIP_ENSLAVED=


# mdadm needs hostname to be set. This has to be done before the udev rules are called!
if [ -f "/etc/hostname" ]; then
        /bin/hostname -F /etc/hostname >/dev/null 2>&1
fi

# Bring in the main config
. /conf/initramfs.conf
for conf in conf/conf.d/*; do
	[ -f ${conf} ] && . ${conf}
done
. /scripts/functions

# Parse command line options
for x in $(cat /proc/cmdline); do
	case $x in
	init=*)
		init=${x#init=}
		;;
	root=*)
		ROOT=${x#root=}
		if [ -z "${BOOT}" ] && [ "$ROOT" = "/dev/nfs" ]; then
			BOOT=nfs
		fi
                ;;
	rootflags=*)
		ROOTFLAGS="-o ${x#rootflags=}"
		;;
	rootfstype=*)
		ROOTFSTYPE="${x#rootfstype=}"
		;;
	rootdelay=*)
		ROOTDELAY="${x#rootdelay=}"
		case ${ROOTDELAY} in
		*[![:digit:].]*)
			ROOTDELAY=
			;;
		esac
		;;
	resumedelay=*)
		RESUMEDELAY="${x#resumedelay=}"
		;;
	loop=*)
		LOOP="${x#loop=}"
		;;
	loopflags=*)
		LOOPFLAGS="-o ${x#loopflags=}"
		;;
	loopfstype=*)
		LOOPFSTYPE="${x#loopfstype=}"
		;;
	cryptopts=*)
		cryptopts="${x#cryptopts=}"
		;;
	nfsroot=*)
		NFSROOT="${x#nfsroot=}"
		;;
	netboot=*)
		NETBOOT="${x#netboot=}"
		;;
	ip=*)
		IP="${x#ip=}"
		;;
	ip6=*)
		IP6="${x#ip6=}"
		;;
	boot=*)
		BOOT=${x#boot=}
		;;
	ubi.mtd=*)
		UBIMTD=${x#ubi.mtd=}
		;;
	resume=*)
		RESUME="${x#resume=}"
		case $RESUME in
	        UUID=*)
			RESUME="/dev/disk/by-uuid/${RESUME#UUID=}"
		esac
		;;
	resume_offset=*)
		resume_offset="${x#resume_offset=}"
		;;
	noresume)
		noresume=y
		;;
	drop_capabilities=*)
		drop_caps="-d ${x#drop_capabilities=}"
		;;
	panic=*)
		panic="${x#panic=}"
		case ${panic} in
		*[![:digit:].]*)
			panic=
			;;
		esac
		;;
	ro)
		readonly=y
		;;
	rw)
		readonly=n
		;;
	debug)
		debug=y
		quiet=n
		if [ -n "${netconsole}" ]; then
			exec >/dev/kmsg 2>&1
		else
			exec >/run/initramfs/initramfs.debug 2>&1
		fi
		set -x
		;;
	debug=*)
		debug=y
		quiet=n
		set -x
		;;
	break=*)
		break=${x#break=}
		;;
	break)
		break=premount
		;;
	blacklist=*)
		blacklist=${x#blacklist=}
		;;
	netconsole=*)
		netconsole=${x#netconsole=}
		[ "x$debug" = "xy" ] && exec >/dev/kmsg 2>&1
		;;
	BOOTIF=*)
		BOOTIF=${x#BOOTIF=}
		;;
	hwaddr=*)
		BOOTIF=${x#hwaddr=}
		;;
	fastboot|fsck.mode=skip)
		fastboot=y
		;;
	forcefsck|fsck.mode=force)
		forcefsck=y
		;;
	fsckfix|fsck.repair=yes)
		fsckfix=y
		;;
	fsck.repair=no)
		fsckfix=n
		;;
	recovery)
		recovery=y
		;;
	esac
done

# Default to BOOT=local if no boot script defined.
if [ -z "${BOOT}" ]; then
	BOOT=local
fi

if [ -n "${noresume}" ] || [ "$RESUME" = none ]; then
	export noresume=y
	unset resume
else
	resume=${RESUME:-}
fi

maybe_break top

# export BOOT variable value for compcache,
# so we know if we run from casper
export BOOT

# Don't do log messages here to avoid confusing graphical boots
run_scripts /scripts/init-top

maybe_break modules
[ "$quiet" != "y" ] && log_begin_msg "Loading essential drivers"
[ -n "${netconsole}" ] && modprobe netconsole netconsole="${netconsole}"
load_modules
[ "$quiet" != "y" ] && log_end_msg

maybe_break premount
[ "$quiet" != "y" ] && log_begin_msg "Running /scripts/init-premount"
run_scripts /scripts/init-premount
[ "$quiet" != "y" ] && log_end_msg

maybe_break mount
log_begin_msg "Mounting root file system"
# Always load local and nfs (since these might be needed for /etc or
# /usr, irrespective of the boot script used to mount the rootfs).
. /scripts/local
. /scripts/nfs
. /scripts/${BOOT}
parse_numeric ${ROOT}
maybe_break mountroot
mount_top
mount_premount
mountroot
log_end_msg

if read_fstab_entry /usr; then
	log_begin_msg "Mounting /usr file system"
	mountfs /usr
	log_end_msg
fi

# Mount cleanup
mount_bottom
nfs_bottom
local_bottom

maybe_break bottom
[ "$quiet" != "y" ] && log_begin_msg "Running /scripts/init-bottom"
# We expect udev's init-bottom script to move /dev to ${rootmnt}/dev
run_scripts /scripts/init-bottom
[ "$quiet" != "y" ] && log_end_msg

# Move /run to the root
mount -n -o move /run ${rootmnt}/run

validate_init() {
	run-init -n "${rootmnt}" "${1}"
}

# Check init is really there
if ! validate_init "$init"; then
	echo "Target filesystem doesn't have requested ${init}."
	init=
	for inittest in /sbin/init /etc/init /bin/init /bin/sh; do
		if validate_init "${inittest}"; then
			init="$inittest"
			break
		fi
	done
fi

# No init on rootmount
if ! validate_init "${init}" ; then
	panic "No init found. Try passing init= bootarg."
fi

maybe_break init

# don't leak too much of env - some init(8) don't clear it
# (keep init, rootmnt, drop_caps)
unset debug
unset MODPROBE_OPTIONS
unset DPKG_ARCH
unset ROOTFLAGS
unset ROOTFSTYPE
unset ROOTDELAY
unset ROOT
unset IP
unset IP6
unset BOOT
unset BOOTIF
unset UBIMTD
unset blacklist
unset break
unset noresume
unset panic
unset quiet
unset readonly
unset resume
unset resume_offset
unset fastboot
unset forcefsck
unset fsckfix

# Move virtual filesystems over to the real filesystem
mount -n -o move /sys ${rootmnt}/sys
mount -n -o move /proc ${rootmnt}/proc

# Chain to real filesystem
exec run-init ${drop_caps} ${rootmnt} ${init} "$@" ${recovery:+--startup-event=recovery} <${rootmnt}/dev/console >${rootmnt}/dev/console 2>&1
echo "Something went badly wrong in the initramfs."
panic "Please file a bug on initramfs-tools."

またこのinitを実行するタイミングではルート(/)をマウントしていないため、ルート(/)にある/binや/sbinを利用できません。

代わりに、initrd内部の/binや/sbinを利用しています。

そのため、ここにバイナリを配置しておく事で起動中に使用できる様になります。

注意
バイナリの実行のために、別途moduleの追加が必要だったりもします。

initrdを作成する

展開後のファイルが配置されているフォルダで行います。
cpioによるアーカイブ化、gzipによる圧縮を同時に行い元の形式に戻します。

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$ find | cpio -o -H newc  | gzip -c > ../initrd.img-4.15.0-54-generic

作成されたinitrdを元の/boot/initrdと入れ替えても起動する事が確認できるかと思います。

initrdの編集は以上の操作で行います。

init実行中に処理を止める

/boot/grub/grub.cfgのlinuxオプションが書かれている箇所にbreak=initとオプションを追加する事で処理が停止します。
initrd内のデバッグは、このタイミングで一旦止め、initrd内のリソースを使用したコマンド操作が可能です。
処理を進める場合には、exitコマンドを実行し、続行させる事ができます。

注意
HyperV上に起動したLinuxMint19では、このタイミングではコンソールの描画が行われませんでした。
そのため実機で行う事をおすすめします。