Ubuntu 将重新设计 Initram 虚拟文件系统的压缩策略

此前，Ubuntu 将其 Initramfs 的压缩算法从 LZ4-9 （LZ4 压缩算法最高等级）改成了 Zstd -19 （Zstd 压缩算法最高等级）。然而 12月9日，Canonical 公司的 Julian Andres Klode 提出，Zstd -19 压缩等级导致 Initramfs 出现非常严重的解压时间和内存消耗问题，目前他正在努力进行测试，以为 Ubuntu 重新设计恰当的 initramfs  压缩策略。

Initramfs 全称 init ram filesystem ——是 Linux 一种基于内存的虚拟文件系统：先把目标 root 目录以压缩的 cpio 格式存放。然后 Linux 系统启动时会把 Initramfs 文件解压缩，根据解压出来的文件类型/目录来加载真实的文件系统。一些 Linux 系统如果因非正常关机造成文件系统损坏，则再次开机时会停留 Initramfs 的解压阶段，不能正常启动图形化界面。

关于 Initramfs 我们介绍到这，既然 Initramfs 涉及到压缩和解压缩，那压缩算法对它的加载速度影响就非常大。Ubuntu 将压缩算法改成  Zstd-19 后出现解压速度慢和内存消耗大的问题，对低端设备或者嵌入式硬件非常不友好，比如只有 512MB RAM 的 Raspberry Pi Zero（树莓派-zero），就老是崩溃。

为了搞清楚不同压缩等级所需的时间/内存，Canonical 公司的 Julian Andres Klode 做了不同压缩等级的测试。

在 ThinkPad T480s 桌面：

在 树莓派 Pi 4 (arm64)的测试：

从测试结果的时间和内存消耗来看，即使是最低级的 Zstd-1，也比最高等级的 lz4 算法要优秀得多，因此选择 Zstd 算法肯定是对的，问题就出在最高级的 Zstd-19 ，它对压缩效果的提升并不大，所需的时间和内存却大幅增加。

基于此测试结果，Julian Andres Klode  提出自适应压缩级别的思路：在 512 MB 及以下内存的硬件使用 Zstd-1 ，在 2 GB 及以下内存的设备上使用 Zstd-6，其余设备则使用 Zstd-12。如此一来，所有搭载 Unbuntu 设备的 Initramfs 都只会占用 5% 左右的内存，降低压缩级别还能让有快速 I/O 的硬件开机时间减少几分之一秒，岂不美哉？

新的 Initramfs 压缩策略最晚应该会在 Ubuntu 22.04  发布，22.04 是一个长期支持的版本（LTS），大概在明年 2 月冻结新特性，3 月底发测试版。

后续更新：

• 在 Julian Andres Klode 提出“按内存决定压缩等级”的想法后，同属 Canonical 公司的 Heinrich Schuchardt 作了一些回应：设备内存只是问题之一，还要考虑 Cpu 性能等其他因素，比如 SiFive 的 Unmatched 和树莓派 4 这两款板子，虽然有 8G 内存，但是 CPU 性能拉跨，这种设备也应该使用低级的压缩算法。
• ...后面有很多人参与讨论，涉及到对 I/O 的速度、开销，压缩算法边际收益等等的讨论，俺就不一一列举了，感兴趣的话可以从 Julian 的《重新评估默认的 initramfs 压缩》邮件开始阅读。