Hacking initrd.img - 添加網卡驅動，網絡安裝 Linux

 

本文通過將網卡驅動加入到 initrd.img 中，使 Linux 內核在啓動的過程中能正確識別並加載網卡驅動，從而使網絡安裝得以進行。

前言

網 絡安裝 Linux 並不是一個新鮮的話題，其過程也不是一個輕鬆的體驗。爲了讓機器能通過網絡來安裝 Linux，如果還需要配合 kickstart 來自動化 Linux 的安裝過程的話，用戶需要做大量的配置工作。衆所周知，用戶需要挑選一臺機器作爲服務器，然後在這臺機器上配置 DHCP, TFTP, NFS/Http/Ftp, pxelinux, kickstart 等一系列的東西。

但是所有的這一切能成功運作都至少有一個前提條件：我們所安裝的 Linux 能正確的識別並驅動所有客戶機的網卡。如果網卡驅動不了，客戶機根本無法通過網絡從服務器取到所需要的東西，網絡安裝 Linux 就無從談起了。

本 文通過將網卡驅動加入到 initrd.img 中，使 Linux 內核在啓動的過程中能正確識別並加載網卡驅動，從而使網絡安裝得以進行。本文並不講述網絡安裝 Linux 的背景知識（如爲什麼需要網絡安裝，網絡安裝的好處等）、具體配置和操作步驟（也就是配置 DHCP，TFTP，pxelinux 等內容）。此外，本文需要讀者有熟練的 Linux 操作經驗和 Shell 編程的基本知識，而且對 Linux 啓動過程和驅動程序有基本的瞭解。

注：所有被安裝的機器我們稱之爲客戶機，提供網絡安裝服務的機器我們稱之爲服務器

 

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開始之前的建議

建議：如果您碰到了前言中所描述的問題的話，最好的解決方法是 – 找一個能驅動客戶機網卡的 Linux Distribution，這樣能省卻很多麻煩。

但在現實環境下，很多原因會導致我們無法選擇安裝一個新的 Linux 發行版。原因有很多，比如：

• 客戶不同意我們選用其他的 Linux 版本，因爲客戶有大量的應用程序已經在某個Linux 版本上編譯，運行良好了，更換 Linux 發行版會帶來應用的移植問題
• 客戶擁有一些特殊的硬件，而這些硬件只有基於某個 Linux 發行版的驅動。更換 Linux 發行版，會導致這些硬件無法正常工作
• 沒有一個 Linux 發行版能驅動客戶機的網卡。網卡廠商只給我們提供了某個 Linux 發行版上的驅動，一切都要 DIY
• 您有着強烈的DIY情感，面對問題不是尋求別人的解決方案而是一切都要自己克服 – 毫無疑問，您就是本文最適合的讀者

 

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解決思路

如 果熟悉 Linux 的啓動過程和驅動程序，那麼要解決本文的問題，基本上有兩條路可走。第一就是將網卡驅動編譯進內核（靜態鏈接進內核），第二種方法就是將網卡驅動做成模 塊，然後想辦法在 Linux 啓動的時候讓 Linux 內核能找到並掛載該驅動。面對這兩種方案，第二種方法有更好的可行性和擴展性。因爲首先有些網卡驅動本身就不能被靜態鏈接進入內核，而只能被編譯成一個模 塊，例如下文要舉的例子 - e1000 網卡驅動；其次，驅動做成模塊的方式，可以適應多個內核版本，用方法 1，更換一個內核版本就要重新編譯一次內核；最後，等會會看到，相比編譯內核，方法 2 更簡單和可操作。

方法 2 的實現手段就是定製 initrd.img，將我們的網卡驅動加進去。initrd.img 是一個小型的根文件系統，在 Linux 內核沒有掛載硬盤上的根分區的時候，initrd.img 將在內存中展開。一般情況下，initrd.img 中將包含一些必需的命令和驅動，如 insmod 命令和磁盤驅動。有了 insmod，才能將磁盤驅動掛載進內核，有了磁盤驅動，內核才能掛載位於磁盤上的根文件系統。

大 部分的 Linux 發行版都提供了用於網絡安裝 Linux 的 initrd.img，一般位於第一張安裝光盤的 images/pxeboot 目錄下。在一臺已經裝好 Linux 的機器中，在 /boot 目錄下我們也能找到 initrd.img，比較一下這兩個 initrd.img，會發現 pxeboot 目錄下的 initrd.img 會比 /boot 下的大很多，這是因爲在網絡安裝的情況下，Linux 不會嘗試去掛載位於磁盤上的根分區（事實上，在沒有安裝Linux的機器上，此時磁盤中可能什麼數據都沒有），所以此時的 initrd.img 需要包含大量的驅動，使 Linux 能識別大量的硬件。位於 /boot 下的 initrd.img，基本上唯一需要的東西就是磁盤驅動，只要內核能訪問磁盤，那麼其餘所需的東西都可以從磁盤取得而不需要依賴 initrd.img。

 

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具體操作和實例

從安裝光盤中取得 initrd.img 之後，就可以開始對其進行定製。這裏要感謝 Jeremy Mates，他寫的 initrd-util.sh 能很好的解開和生成一個 initrd.img。腳本可以在http://sial.org/howto/linux/initrd/initrd-util 下載到。

下 面我們以RedHat Enterprise Linux Advance Server 4 Update 2 x86_64，Intel e1000網卡驅動爲例，講述具體的操作過程（在本例中，服務器和客戶機擁有相同的Intel e1000網卡，而且我們已經手動在服務器上安裝完成了正確的e1000驅動）：

首先從光盤取到initrd.img，登錄到服務器，然後用initrd-util.sh解開：

命令輸出 1. 解開initrd.img

                


[root@ericvm ~]# cd `./initrd-util.sh unpack initrd.img |tail -1`


info: initrd unpack expanded into: /var/tmp/initrd-util.workdir.DA29317


[root@ericvm initrd-util.workdir.DA29317]# pwd


/var/tmp/initrd-util.workdir.DA29317


[root@ericvm initrd-util.workdir.DA29317]# ls


2.6.9-22.EL  bin  dev  etc  linuxrc  lost+found  modules


proc  sbin  selinux  sys  tmp  var

 

initrd- util.sh很簡單，利用gunzip, mount和cpio這些工具將initrd.img解開，其中驅動包位於modules目錄下，名爲modules.cgz，將這個文件解開後，生成了 2.6.9-22.EL目錄，進入該目錄，就能找到包含在initrd.img中的驅動。本例中，RedHat已經包含了一個e1000的驅動，但是這個 驅動不能驅動我們新的Intel e1000網卡。爲此，我們在e1000網站下載新版的驅動，然後在服務器上編譯完成，生成ko模塊文件，然後拷貝到2.6.9-22.EL目錄下，覆蓋 原文件即可。

驅動更新完畢後，現在我們需要將2.6.9-22.EL這個目錄重新製作成modules.cgz，這個功能initrd-util.sh不能爲我們完成，所以我們手動操作：

命令輸出 2. 加入驅動並重新打包

                


[root@ericvm initrd-util.workdir.DA29317]# find 2.6.9-22.EL | cpio -o -H crc > newmodules 


16582 blocks


[root@ericvm initrd-util.workdir.DA29317]# gzip -n -9 newmodules 


[root@ericvm initrd-util.workdir.DA29317]# mv newmodules.gz modules 


[root@ericvm initrd-util.workdir.DA29317]# cd modules


[root@ericvm modules]# rm -f modules.cgz 


[root@ericvm modules]# mv newmodules.gz modules.cgz


[root@ericvm modules]# pwd


/var/tmp/initrd-util.workdir.DA29317/modules

 

驅動包重新生成了並不意味着Linux就可以識別網卡了，因爲Linux必須依靠一種邏輯，將硬件設備和驅動模塊文件對應起來。這個邏輯就被定義在modules目錄下的除modules.cgz之外的文件中：

命令輸出 3. 設備驅動識別信息文件

                


[root@ericvm modules]# ls


module-info  modules.cgz  modules.dep  modules.pcimap  modules.usbmap  pci.ids  pcitable

 

如 上所示，pcitable, modules.pcimap中定義了PCI設備和驅動模塊之間的對應關係，modules.dep中定義了模塊和模塊之間的依賴關係（比如，各種 SCSI設備都會依賴一個基礎的SCSI驅動模塊），module-info中定義了驅動的靜態描述信息......

要填寫這些文本文件，也很簡單，首先我們必須要知道這塊e1000網卡的PCI設備信息，由於在服務器上e1000這塊網卡已經安裝完成了，所以我們可以在服務器上取到我們想要的信息：

命令輸出 4. 查看網卡硬件信息

                


[root@ericvm ~]# lspci


............  ignore some outputs


04:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation Enterprise Southbridge DPT LAN Copper


04:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation Enterprise Southbridge DPT LAN Copper


............  ignore some outputs

 

lspci列出了服務器上兩塊網卡的設備信息，根據網卡設備的ID號碼（04:00.0, 04:00.1），我們就可以在lspci –n的輸出中找到設備的vendor code和device code（請參考lspci的manual瞭解lspci）：

命令輸出 5. 查看網卡code

                


[root@ericvm ~]# lspci –n


............  ignore some outputs


04:00.0 Class 0200: 8086:1096 (rev 01)


04:00.1 Class 0200: 8086:1096 (rev 01)


............  ignore some outputs

 

在lspci –n的輸出中，我們找到了兩塊網卡的vendor code和device code – 8086和1096。得到了vendor code和device code之後，就可以更新initrd.img中modules目錄下的pcitable, modules.pcimap等這些文件了。舉例來說，在pcitable中查找e1000，能發現很多設備和e1000這個驅動關聯，但是唯獨沒有 8086:1096的組合，這就是爲什麼Linux無法驅動這塊e1000網卡的原因了，我們需要手動將8086, 1096這兩個code加入到pcitable中，並將這個設備對應到e1000驅動上。照此方法，更新其餘的文件，如module-info, modules.pcimap等。

這樣我們就完成了對initrd.img的完全修改，用initrd-util.sh重新將目錄打包，生成一個新的initrd.img：

命令輸出 6. 重新生成initrd.img

                


[root@ericvm ~]# ./initrd-util.sh pack /var/tmp/initrd-util.workdir.DA29317/


notice: new initrd size: 6144K


6144+0 records in


6144+0 records out


mke2fs 1.35 (28-Feb-2004)


info: initrd packed into: /var/tmp/initrd-util.initrd-new.IV29439.gz


/var/tmp/initrd-util.initrd-new.IV29439.gz


[root@ericvm ~]# ls -lh /var/tmp


total 3.7M


-rw-r--r--   1 root root 3.7M Jun 20 17:10 initrd-util.initrd-new.IV29439.gz


drwxr-xr-x  12 root root 4.0K Jun 20 17:10 initrd-util.workdir.DA29317


drwxr-xr-x  13 root root 4.0K Jun 20 15:53 initrd-util.workdir.ID29288

 

initrd- util.sh首先創建一個“空洞文件”，然後在這個文件中建立ext2 文件系統，然後將這個文件mount到一個目錄中，最後用rsync這種方式將我們更新過的文件“拷貝”到了mount的目錄下，這樣“空洞”文件中就有 了內容，最後對文件進行壓縮，生成最終的img文件。

將/var/tmp/initrd-util.initrd-new.IV29439.gz改名成initrd.img，放到tftp配置的目錄下，就可以讓客戶機在網絡啓動的時候取到新的initrd.img了，從而識別網卡開始網絡安裝。

 

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到此爲止了麼？

到 目前爲止，一切看起來都很好。客戶機通過網絡啓動，能把網卡驅動起來並從服務器上得到所有需要的東西，並開始安裝。但是，如果沒有做特殊處理的話，客戶機 上Linux安裝完成後，啓動進入Linux，會發現網卡依舊驅動不了，典型的出錯信息就是“無法成功掛載XXX驅動”，“ethX的MAC地址和預計的 不一樣”等。出現這樣問題的原因很簡單，這是因爲正確的網卡驅動只存在於服務器上的 initrd.img 中，而沒有體現到客戶機的硬盤上。客戶機在網絡啓動的時候得到了服務器上的 initrd.img，但 Linux 還沒有智能到能自動解開這個 initrd.img 並將裏面的驅動拷貝到客戶機的硬盤上。一旦客戶機完成安裝重啓，從硬盤啓動之後，所有的驅動文件和信息就都從硬盤讀取了。

還舉剛纔的例子，e1000 網卡驅動在 RedHat 中其實自帶就有一個，但不適用於我們的 Intel e1000 網卡，用 rpm 命令可以查到安裝在硬盤上的這個 e1000 驅動屬於哪個RPM包：

命令輸出 7. 查看驅動所在的 RPM 包

                


# rpm -qf /lib/modules/2.6.9-42.ELsmp/kernel/drivers/net/e1000/e1000.ko


kernel-smp-2.6.9-42.EL

 

所以，很明顯的就是，要解決這樣的問題，我們需要重新生成這個 kernel RPM 包。但是要在 RPM 包中替換一個文件，或是加入一個文件，可不像在 RAR 文件中用鼠標直接拖拽那麼簡單。有興趣的可以參考 RPM 的相關資料。

除了重新生成 RPM 之外，還有一些簡單的辦法也是可行的，但不如重新生成 RPM 來的中規中矩。有興趣的讀者可以和我交流，這裏就不贅述了。

 

參考資料

• Jeremy Mates的initrd-utils, http://sial.org/howto/linux/initrd/initrd-util ，幫助我們創建/解開 initrd.img
• Adding driver modules to a Fedora Core 2 CD for kickstart install: http://www.cs.umass.edu/~olc/pub/fc2bootiso.txt
• Linux lspci manual page: http://linux.die.net/man/8/lspci