Documentation/early-userspace/README

   1 Early userspace support
   2 =======================
   3
   4 Last update: 2004-12-20 tlh
   5
   6
   7 "Early userspace" is a set of libraries and programs that provide
   8 various pieces of functionality that are important enough to be
   9 available while a Linux kernel is coming up, but that don't need to be
  10 run inside the kernel itself.
  11
  12 It consists of several major infrastructure components:
  13
  14 - gen_init_cpio, a program that builds a cpio-format archive
  15   containing a root filesystem image.  This archive is compressed, and
  16   the compressed image is linked into the kernel image.
  17 - initramfs, a chunk of code that unpacks the compressed cpio image
  18   midway through the kernel boot process.
  19 - klibc, a userspace C library, currently packaged separately, that is
  20   optimized for correctness and small size.
  21
  22 The cpio file format used by initramfs is the "newc" (aka "cpio -H newc")
  23 format, and is documented in the file "buffer-format.txt".  There are
  24 two ways to add an early userspace image: specify an existing cpio
  25 archive to be used as the image or have the kernel build process build
  26 the image from specifications.
  27
  28 CPIO ARCHIVE method
  29
  30 You can create a cpio archive that contains the early userspace image.
  31 Your cpio archive should be specified in CONFIG_INITRAMFS_SOURCE and it
  32 will be used directly.  Only a single cpio file may be specified in
  33 CONFIG_INITRAMFS_SOURCE and directory and file names are not allowed in
  34 combination with a cpio archive.
  35
  36 IMAGE BUILDING method
  37
  38 The kernel build process can also build an early userspace image from
  39 source parts rather than supplying a cpio archive.  This method provides
  40 a way to create images with root-owned files even though the image was
  41 built by an unprivileged user.
  42
  43 The image is specified as one or more sources in
  44 CONFIG_INITRAMFS_SOURCE.  Sources can be either directories or files -
  45 cpio archives are *not* allowed when building from sources.
  46
  47 A source directory will have it and all of its contents packaged.  The
  48 specified directory name will be mapped to '/'.  When packaging a
  49 directory, limited user and group ID translation can be performed.
  50 INITRAMFS_ROOT_UID can be set to a user ID that needs to be mapped to
  51 user root (0).  INITRAMFS_ROOT_GID can be set to a group ID that needs
  52 to be mapped to group root (0).
  53
  54 A source file must be directives in the format required by the
  55 usr/gen_init_cpio utility (run 'usr/gen_init_cpio -h' to get the
  56 file format).  The directives in the file will be passed directly to
  57 usr/gen_init_cpio.
  58
  59 When a combination of directories and files are specified then the
  60 initramfs image will be an aggregate of all of them.  In this way a user
  61 can create a 'root-image' directory and install all files into it.
  62 Because device-special files cannot be created by a unprivileged user,
  63 special files can be listed in a 'root-files' file.  Both 'root-image'
  64 and 'root-files' can be listed in CONFIG_INITRAMFS_SOURCE and a complete
  65 early userspace image can be built by an unprivileged user.
  66
  67 As a technical note, when directories and files are specified, the
  68 entire CONFIG_INITRAMFS_SOURCE is passed to
  69 usr/gen_initramfs_list.sh.  This means that CONFIG_INITRAMFS_SOURCE
  70 can really be interpreted as any legal argument to
  71 gen_initramfs_list.sh.  If a directory is specified as an argument then
  72 the contents are scanned, uid/gid translation is performed, and
  73 usr/gen_init_cpio file directives are output.  If a directory is
  74 specified as an argument to usr/gen_initramfs_list.sh then the
  75 contents of the file are simply copied to the output.  All of the output
  76 directives from directory scanning and file contents copying are
  77 processed by usr/gen_init_cpio.
  78
  79 See also 'usr/gen_initramfs_list.sh -h'.
  80
  81 Where's this all leading?
  82 =========================
  83
  84 The klibc distribution contains some of the necessary software to make
  85 early userspace useful.  The klibc distribution is currently
  86 maintained separately from the kernel.
  87
  88 You can obtain somewhat infrequent snapshots of klibc from
  89 https://www.kernel.org/pub/linux/libs/klibc/
  90
  91 For active users, you are better off using the klibc git
  92 repository, at http://git.kernel.org/?p=libs/klibc/klibc.git
  93
  94 The standalone klibc distribution currently provides three components,
  95 in addition to the klibc library:
  96
  97 - ipconfig, a program that configures network interfaces.  It can
  98   configure them statically, or use DHCP to obtain information
  99   dynamically (aka "IP autoconfiguration").
 100 - nfsmount, a program that can mount an NFS filesystem.
 101 - kinit, the "glue" that uses ipconfig and nfsmount to replace the old
 102   support for IP autoconfig, mount a filesystem over NFS, and continue
 103   system boot using that filesystem as root.
 104
 105 kinit is built as a single statically linked binary to save space.
 106
 107 Eventually, several more chunks of kernel functionality will hopefully
 108 move to early userspace:
 109
 110 - Almost all of init/do_mounts* (the beginning of this is already in
 111   place)
 112 - ACPI table parsing
 113 - Insert unwieldy subsystem that doesn't really need to be in kernel
 114   space here
 115
 116 If kinit doesn't meet your current needs and you've got bytes to burn,
 117 the klibc distribution includes a small Bourne-compatible shell (ash)
 118 and a number of other utilities, so you can replace kinit and build
 119 custom initramfs images that meet your needs exactly.
 120
 121 For questions and help, you can sign up for the early userspace
 122 mailing list at http://www.zytor.com/mailman/listinfo/klibc
 123
 124 How does it work?
 125 =================
 126
 127 The kernel has currently 3 ways to mount the root filesystem:
 128
 129 a) all required device and filesystem drivers compiled into the kernel, no
 130    initrd.  init/main.c:init() will call prepare_namespace() to mount the
 131    final root filesystem, based on the root= option and optional init= to run
 132    some other init binary than listed at the end of init/main.c:init().
 133
 134 b) some device and filesystem drivers built as modules and stored in an
 135    initrd.  The initrd must contain a binary '/linuxrc' which is supposed to
 136    load these driver modules.  It is also possible to mount the final root
 137    filesystem via linuxrc and use the pivot_root syscall.  The initrd is
 138    mounted and executed via prepare_namespace().
 139
 140 c) using initramfs.  The call to prepare_namespace() must be skipped.
 141    This means that a binary must do all the work.  Said binary can be stored
 142    into initramfs either via modifying usr/gen_init_cpio.c or via the new
 143    initrd format, an cpio archive.  It must be called "/init".  This binary
 144    is responsible to do all the things prepare_namespace() would do.
 145
 146    To maintain backwards compatibility, the /init binary will only run if it
 147    comes via an initramfs cpio archive.  If this is not the case,
 148    init/main.c:init() will run prepare_namespace() to mount the final root
 149    and exec one of the predefined init binaries.
 150
 151 Bryan O'Sullivan <bos@serpentine.com>