Debianでrootにaufsを使う(initramfsのカスタマイズ)

大掃除をしていたら初代EeePCが出てきました。最近いろいろあって実マシン環境が複数欲しかったので、この機会にDebianを入れて動かすことにしました。

箱が見当たらなかったので型番がわからないのですが、おそらく
初代EeePC 4G-Xと思われます。当時メモリも一緒に購入したので、RAMだけは2GBとそれなりにあります。

当初、内蔵SSDは生かしておいてUSBメモリでの起動を考えていました。しかしhdparm -Tで速度を測ってみると4〜5MB/sec程度しか出ないことに気づきました。内蔵SSDは300MB/sec程度出ます。

しかしいまさらWindows XPを4GBで使うのは厳しい、かといって7以降をインストールするのも無理だろう、ということでWindowsとはおさらばすることにしました。この際なので、aufsでUSBメモリーと組み合わせてrootを大きく見せることを考えてみました。

aufsはunionfsの別実装で、既存のuniosfsにはない機能がいろいろとあります。KNOPPIXなどでも採用されています。

Ubuntuでrootをaufsにする方法がUbuntu Wikiに書いてありましたので、その方法を参考にしました。

実際にやっていることは、initrdファイル(initramfs)のカスタマイズです。以下、具体的な方法を説明します。

/etc/initramfs-tools/scripts/init-bottom/rootaufs ファイルを作成します。内容は以下になります。ほとんどUbutu Wikiからのコピペですが、以下の点が違います。

• modprobeから–blacklistオプションを削除(Debianのbusybox modprobeで使えない)
• USBメモリーを認識するのに時間がかかるため、マウントの手前にsleepを追加
• writeに用いるデバイスをtmpfsから/dev/sdb1に変更(ユーザーの環境に応じて書き換えが必要)

#!/bin/sh
#  Copyright 2008 Nicholas A. Schembri State College PA USA
#
#  This program is free software: you can redistribute it and/or modify
#  it under the terms of the GNU General Public License as published by
#  the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
#  (at your option) any later version.
#
#  This program is distributed in the hope that it will be useful,
#  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
#  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
#  GNU General Public License for more details.
#
#    You should have received a copy of the GNU General Public License
#    along with this program.  If not, see
#    <http://www.gnu.org/licenses/>.

# Thank you Voyage Linux for the idea, http://voyage.hk/ Great job on release 0.5
#
# Tested with 8.04.1
# tested with 9.10
# tested with debian live 6.0.1
#
# ****************************************************************************************
# 
#                                 Change log
#
# 2008.08.01  Added debugging comments in "drop to a shell" section. grub option aufs=tmpfs-debug will stop the init script.
#             reviewed *********** fix fstab on tmpfs ******************
#             rootaufs failed when system was booted with /dev/xxx and fstab had uuid= info.
#             BlaYO pointed out the best and simplest solution was to use grep -v. Grep replaces a sed one liner.
#             Add the comment block to fstab
#             
# 2009.12.07 Corrected issue caused by Apparmor.
#            Name changed to __rootaufs.
# 
# 2011.08.19 Changed if condition to avoid issue (sh: bad number) when $aufsdebug is not set.
#            Now checks exists apparmor before delete.
#
# 2011.08.20 For work correctly with Debian Live 6.0.1 (http://live.debian.net/) two lines must be removed from rc.local modification part:
#             'mount -f  /ro'
#             'echo aufs-tmpfs /rw tmpfs rw 0 0 >>/etc/mtab'
#





case $1 in
prereqs)
    exit 0
    ;;
esac

export aufs

for x in $(cat /proc/cmdline); do 
    case $x in 
    root=*)
        ROOTNAME=${x#root=}
        ;;
    aufs=*)
        aufs=${x#aufs=}
        case $aufs in
        tmpfs-debug)
            aufs=tmpfs
            aufsdebug=1
            ;;
        esac    
        ;;
    esac
done


if [ "$aufs" != "tmpfs" ]; then
    #not set in boot loader 
    #I'm not loved. good bye
    exit 0
fi




# This is a simple overview of the steps needed to use aufs on the root file system and see the /rw and /ro  branches.
# initramfs init-botton script 
# move the root file system to aufs/unionfs readonly /ro
# root is mounted on ${rootmnt}
# create tmpfs on /rw
# create a aufs using /ro and /rw
# put some files on the tmpfs to fix mtab and fstab 
# move aufs to rootmnt to finish the init process.
# No changes to the root file system are made by this script.
#
#  Why!
#  This will allow you to use a usb flash drive and control what is written to the drive.
#  no need to rebuild the squashfs file just to add a program. 
#  boot to single user mode.  The system works the way you expect. boot aufs=tmpfs and no changes are written to the flash.
#  run ubuntu on an eeePC .  

# Install 
# Install ubuntu 8.04 Hardy. Hardy has aufs installed by default
# apt-get update
# apt-get dist-upgrade
# apt-get install aufs-tools
# echo aufs >> /etc/initramfs-tools/modules
# put this file in /etc/initramfs-tools/scripts/init-bottom/rootaufs
# chmod 0755 rootaufs
# # clean up menu.lst 
# update-grub
# update-initramfs -u
# vi /boot/grub/menu.lst
# add aufs=tmpfs to the default entry. 
# do not add this line to single user mode.
# boot to single user mode in order to install software. 
# note: if your home account is on the root file system, your files are in ram and not saved.
# 


echo 
echo "       root-aufs:  Setting up aufs on ${rootmnt} as root file system "
echo 

modprobe -q aufs
if [ $? -ne 0 ]; then
    echo    root-aufs error:      Failed to load aufs.ko
    exit 0
fi

#make the mount points on the init root file system
mkdir /aufs
mkdir /rw
mkdir /ro

# mount the temp file system and move real root out of the way
sleep 5 # wait USB recognize
mount -t ext3 /dev/sdb1 /rw
mount --move ${rootmnt} /ro 
if [ $? -ne 0 ]; then
    echo    root-aufs error:    ${rootmnt}  failed to move to /ro
    exit 0
fi


mount -t aufs -o dirs=/rw:/ro=ro aufs /aufs
if [ $? -ne 0 ]; then
    echo    root-aufs error:      Failed to mount /aufs files system
    exit 0
fi


#test for mount points on aufs file system
[  -d /aufs/ro ] || mkdir /aufs/ro
[  -d /aufs/rw ] || mkdir /aufs/rw

# the real root file system is hidden on /ro of the init file system.  move it to /ro 
mount --move /ro /aufs/ro
if [ $? -ne 0 ]; then
    echo    root-aufs error:      Failed to move /ro /aufs/ro 
    exit 0
fi

# tmpfs file system is hidden on /rw
mount --move /rw /aufs/rw
if [ $? -ne 0 ]; then
    echo    root-aufs error:      Failed to move /rw /aufs/rw 
    exit 0
fi



#*********** fix fstab on tmpfs ******************
# test for /dev/sdx 
# this is not on the real file system.  This is created on the tmpfs each time the system boots.
# The init process will try to mount the root filesystem listed in fstab. / and swap must be removed.  
# the root file system must be mounted on /ro not on /

if [ "0$aufsdebug" -eq 1 ]; then
    echo  "   root-aufs debug:    Remove the root file system and swap from fstab "
    echo 
    echo 
    echo  "         ROOTNAME $ROOTNAME "
    echo  "         resume   $resume   "
    echo 
    echo  '     BlaYO pointed out that grep can be used to quickly remove '
    echo  '      the root file system from fstab. '
    echo 
    echo  '     Thank you BlaYO for the debug info.'
    echo

fi
# old code
# I'm sure that sed can do this in one step but I want to correct on the rootname  not matching the root in fstab.
#cat /aufs/ro/etc/fstab|sed -e s/$ROOTNAME/\#$ROOTNAME/ -e s/$resume/\#$resume/ >/aufs/etc/fstab  

#Add the comment block to fstab
cat <<EOF >/aufs/etc/fstab
#
#   RootAufs has mounted the root file system in ram
#
#  This fstab is in ram and the real fstab can be found /ro/etc/fstab
#  the root file system ' / ' has been removed.
#  All Swap files have been removed. 
#

EOF

#remove root and swap from fstab
cat /aufs/ro/etc/fstab|grep -v ' / ' | grep -v swap >>/aufs/etc/fstab  
if [ $? -ne 0 ]; then
    echo    root-aufs error:      Failed to create /aufs/etc/fstab 
    #exit 0
fi




# add the read only file system to fstab
#ROOTTYPE=$(/lib/udev/vol_id -t ${ROOT})
ROOTTYPE=$(cat /proc/mounts|grep ${ROOT}|cut -d' ' -f3)
ROOTOPTIONS=$(cat /proc/mounts|grep ${ROOT}|cut -d' ' -f4)
echo ${ROOT} /ro $ROOTTYPE $ROOTOPTIONS 0 0 >>/aufs/etc/fstab


# S22mount on debian systems is not mounting  /ro correctly after boot
# add to rc.local to correct what you see from df
#replace last case of exit with #exit
cat /aufs/ro/etc/rc.local|sed 's/\(.*\)exit/\1\#exit/' >/aufs/etc/rc.local  
echo mount -f  /ro >>/aufs/etc/rc.local 

# add back the root file system. mtab seems to be created by one of the init proceses. 
echo "echo aufs / aufs rw,xino=/rw/.aufs.xino,br:/rw=rw:/ro=ro 0 0 >>/etc/mtab" >>/aufs/etc/rc.local
echo "echo aufs-tmpfs /rw tmpfs rw 0 0 >>/etc/mtab" >>/aufs/etc/rc.local 
echo exit 0 >>/aufs/etc/rc.local 

#  Copyright 2008 Joaquﾃｭn I. Bogado Garcﾃｭa
#fix para apparmor, se desactiva y listo ( From the lethe project. )
[ -e /scripts/init-bottom/_apparmor ] && rm /scripts/init-bottom/_apparmor
[ -e /aufs/etc/init.d/apparmor ] && rm /aufs/etc/init.d/apparmor


#build remountrw
echo \#!/bin/sh >/aufs/bin/remountrw
echo mount -o remount,rw ${ROOT} >>/aufs/bin/remountrw
chmod 0700 /aufs/bin/remountrw

#build remountro
echo \#!/bin/sh >/aufs/bin/remountro
echo mount -o remount,ro ${ROOT} >>/aufs/bin/remountro
chmod 0700 /aufs/bin/remountro

# This should drop to a shell. (rewrite)
if [ "0$aufsdebug" -eq 1 ]; then
    echo
    echo "   root-aufs debug:    mount --move /aufs ${rootmnt} "
    echo 
    echo '   root-aufs debug:   init will stop here.   '
    echo  
    exit 0
fi

mount --move /aufs ${rootmnt}

exit 0 

/etc/initramfs-tools/modulesにaufsを追加しupdate-initramfsを実行します。これでinitrdファイルにaufs.koが追加され、先に仕込んだrootaufsスクリプトが動くようになります。

/etc/default/grubを編集し、GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT=”quiet aufs=tmpfs”
などとしてカーネルの起動パラメーターにaufs=tmpfsを追加します(本当はもうちょいまともな名前にするべきだけど手抜き)。その後、update-grubを実行し、/boot/grub/grub.cfgを再生成します。

これで再起動すれば、rootがaufsになり、実際の新規書き込みが/dev/sdb1の方に記録されます。

しかし、あまりにもUSBメモリが遅いので別のマシンに同じメディアをさして速度を測ったところ、500MB/sec程度と非常に高い値を得ることができました。これはEeePC側の何かが問題なのだろうと思い、BIOSを若干いじってみました。いかにも関係ありそうなのがOS[Instal/Installed]という項目で、これをInstalledに変更してみたところ、USBメモリも内蔵SSDと同程度ぐらいの速度が出るようになりました。

USBメモリの本来のポテンシャルを発揮しきれていない上に、SSDと同程度の速度になったことでうれしさが半減してしまいましたが、とりあえずrootの容量を増やす方法と、initramfsのカスタマイズ方法を知ることができたので、それでよしとします。