讓 FreeBSD 和 Gentoo Linux 在 ZFS 存儲卷上共存

? ? ?自我回歸到 Librem 15 已經有段時間了。我一般會選擇 FreeBSD 來處理所有的事情，但有時會要訪問一個運行在 Librem 平臺上的 Linux OS，以便用它來幫助我對一些遺留的設備驅動進行移植?(比如 BYD 鼠標以及控制屏幕亮度的驅動程序)。

為了將此進行實現，我安裝了一個自己花時間開發的一個設置：那是一個在 ZFS 存儲卷上共存的 FreeBSD 和 Gentoo Linux?雙引導系統。本文描述了如何實現這項配置。

注意本文是基于 EFI 引導加載程序的。如果你堅持要使用傳統的 BIOS 引導程序，那么就需要對整個過程進行一下調整。

方案概述

該方案的基礎是利用 ZFS 文件系統的通用功能 (即利用面向使用了基于 fstab 方法的 OS 數據集的掛載點功能) 結合 GRUB，實現一個雙引導 OS。

ZFS 概述

ZFS 系統同 FreeBSD 和 Linux 上“典型的”ZFS設置有些微不同。某些數據集?(比如home目錄) 是由兩個操作系統共享的, 但是位于各自掛載點中的 OS 數據集則要依賴于我們所使用的OS，而因此 ZFS 特定的掛載點功能是不能有效使用的。

在本文中，假定存儲卷的名字是 “data”。

整個方案看起來如下:

data/home 被掛載到 /home, 與其所有的子數據集一起使用 ZFS 掛載點系統；

data/freebsd 及其子數據集包含了 FreeBSD 系統，而其所有的掛載點都被設置成 legacy；

data/gentoo 及其子數據集包含了 Gentoo 系統，其所有的掛載點也都被設置成 legacy。

OS 和 GRUB 概述

兩個 OS 都必須利用 /etc/fstab 方法來掛載他們大多數的文件系統, 因此我們不能使用 ZFS 掛載點功能。這樣每個 OS 就都需要一個不同的 fstab。注意?data/home 數據集 (以及其它類似的數據集) 都會使用?ZFS 掛載點方法來進行掛載，而不是 fstab。

此外，兩個OS都要通過一個特殊的頂層目錄 (Gentoo 上是 /freebsd, FreeBSD 上是 /gentoo) 來訪問另外一個系統的數據。

GRUB 引導加載程序可以被用來提供一個引導選擇設施，而無需進行大的修改和配置?(不過要知道輸入到 grub.cfg 文件中去的類型的魔數!)

設置過程

設置過程包括如下幾個步驟：

使用 FreeBSD 安裝器創建 GPT 和 ZFS 池；

使用 FreeBSD 啟動加載程序安裝并配置 FreeBSD；

啟動并進入 FreeBSD, 創建 Gentoo Linux 數據集，安裝 GRUB；

啟動并進入 Gentoo Linux 安裝器，安裝 Gentoo；

啟動并進入 Gentoo, 完成配置任務。

當然，你也可以將步驟倒著進行，先安裝 Gentoo，然后再使用它的工具。只是上列順序能使 FreeBSD 上 GPT 的創建和 GRUB 的安裝順利許多。

準備工作

要執行這個安裝過程，你需要為兩個OS安裝 mems tick 鏡像。FreeBSD 的安裝程序可從這里得到; Gentoo 的可以從這里得到?(使用 livedvd ISO 格式)。（當然，）你還需要有途徑能進行互聯網訪問。

注意對于 Librem 15 或者類似的沒有以太網連接的筆記本電腦, 你可能需要在主要的安裝過程中對 Gentoo 無線工具以及 wpa_supplicant 的安裝過程采取一些輕微的修改。

FreeBSD 安裝程序

引導進入 FreeBSD 安裝程序，通過引導程序菜單選擇手動分區模式。這樣做會讓你進入一個 shell 操作環境，教你創建你的分區并將所有的東西掛載到?/mnt。

創建分區和 ZFS 池

第一件要做的事情就是使用 gpart 工具來創建你的分區。FreeBSD 的 man 頁面就相當好，因此你可以使用 “man gpart” 來獲取關于這個工具的指南。我在 Librem 15 上執行這個過程看起來是下面這個樣子:

gpart create -s gpt ada0gpart create -s gpt ada1gpart add -t efi -l efi-system -s 200M ada0gpart add -t freebsd-***s -l ***s-data ada0gpart add -t linux-swap -l swap -s 96G ada0gpart add -t freebsd-***s -l ***s-data-log -s 16G ada0gpart add -t freebsd-***s -l ***s-data-cache ada0

然后用新的分區來創建一個 ZFS 池，并使用 DOS 文件系統來對 EFI 系統分區進行格式化?(見鬼了，為什么我們還要用這玩意兒?):

newfs_msdos /dev/ada0p1zpool create -m legacy -o atime=off -o checksum=sha256 data /dev/ada0p2 log /dev/ada0p2 cache /dev/ada0

注意我們已經將 atime （它可以大大降低磁盤的寫入量）關掉了，并且將校驗算法設置成了 sha256。

ada1 磁盤是一塊我裝進去的 SSD（固態硬盤）。如果你沒有 SSD，那么做日志或者緩存方面的設置就沒啥意義。16GB 的意向日志是有點多余，但是它可以減輕設備的壓力。注意我們將根數據集的掛載點設置成了?“legacy”。

注意 Linux 有其自己的交換格式，因此我們不能將交換設備進行共享。

創建 ZFS 數據集
?

有了一個 ZFS 存儲池后，接下來要做的就是創建數據集。我們先創建?FreeBSD 根目錄（root）并對其進行掛載（注意，它會從父目錄繼承 “legacy”掛載點）：

***s create -o compression=lz4 data/freebsdmount -t ***s data/freebsd /mnt/

我們需要創建一些掛載點目錄:

mkdir /mnt/homemkdir /mnt/gentoo/mkdir /mnt/tmpmkdir /mnt/usrmkdir /mnt/var

我使用一個相當精細的 ZFS 方案，它對不同的目錄設置不同的可執行性、權限和壓縮比等屬性。這樣可以達到很顯著的壓縮比，有效的增加了磁盤的可用空間：

***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=off?data/freebsd/tmp***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=on?-o?compression=lz4?data/freebsd/usr***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=gzip?data/freebsd/usr/include***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=lz4?data/freebsd/usr/lib***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=lz4?data/freebsd/usr/lib32***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=gzip?data/freebsd/usr/libdata***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=on?-o?compression=lz4?data/freebsd/usr/local***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=gzip?data/freebsd/usr/local/etc***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=gzip?data/freebsd/usr/local/include***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=lz4?data/freebsd/usr/local/lib***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=lz4?data/freebsd/usr/local/lib32***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=gzip?data=freebsd/usr/local/libdata***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=gzip?data/freebsd/usr/local/share***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=off?data/freebsd/usr/local/share/info***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=off?data/freebsd/usr/local/share/man***s?create?-o?exec=on?setuid=on?-o?compression=lz4?data/freebsd/obj***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=on?-o?compression=lz4?data/freebsd/usr/ports***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=lz4?data/freebsd/usr/ports***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=gzip?data/freebsd/usr/share***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=off?data/freebsd/usr/share/info***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=off?data/freebsd/usr/share/man***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=gzip?data/freebsd/usr/src***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=lz4?data/freebsd/var***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=off?data/freebsd/var/db***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=lz4?data/freebsd/var/db/pkg***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=gzip?data/freebsd/var/log***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=off?data/freebsd/var/empty***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=gzip?data/freebsd/var/mail***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=off?data/freebsd/var/tmp

因為 FreeBSD 對于某些文件的所在位置有著非常嚴格要求，所以這個方案效果很好。

你也可以將其細分，以達到你期望，比如在 /usr/share 下創建更多的子目錄。

對于 Gentoo，由于 Linux 更傾向于寬松的文件定位，你可以采取一個更簡單的方案：

***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=off?-o?compression=off?data/gentoo/tmp***s?create?-o?exec=on?-o?setuid=on?-o?compression=lz4?data/gentoo/usr***s?create?-o?exec=off?-o?setuid=off?-o?compression=lz4?data/gentoo/var

在 Gentoo 系統下需要細分子目錄的用戶權限，類似于我在 FreeBSD 下的操作。

最后的任務是手動掛載所有的文件系統，命令模版如下：

mount?-t?***s?data/freebsd/?/mnt/

這個命令模板十分必要，它適合所有傳統的掛載方式。另外，因顯示所有命令要占據較大空間，在此我將其省略。

安裝和配置 FreeBSD 系統
?

輸入 “exit”后會返回到 FreeBSD 安裝程序，同時所有的東西都被掛載在了 /mnt/。 ?安裝過程中的提示信息直接明了。為了最后兩項配置任務，你還需要進入一個 shell 環境。

進入 shell，然后進入新的 FreeBSD 系統：

chroot?/mnt

創建 fstab

因為我們已將大多數的 ZFS 數據集掛載到了每個 OS 各自不同的路徑下，所以需要為他們創建一個 /etc/fstab 文件。下面的 fstab 會將所有的數據集掛載到正確的位置上:

data/freebsd/tmp?/tmp?***s?rw?0?0data/freebsd/usr?/usr?***s?rw?0?0data/freebsd/usr/include?/usr/include?***s?rw?0?0...data/gentoo/?/gentoo?***s?rw?0?0data/gentoo/tmp?/gentoo/tmp?***s?rw?0?0...proc?/proc?procfs?rw?0?0

注意，此處我已將許多條目信息省略掉。你需要按照上述操作，將每一個數據集映射到與其對應的合適路徑上。

安裝 FreeBSD 原生引導程序
?

我們需要 FreeBSD 引導加載程序來執行首次進入系統的操作。執行如下幾個步驟進行安裝：

mount?-t?msdosfs?/dev/ada0p1?/mntmkdir?/mnt/efimkdir?/mnt/efi/BOOTcp?/boot/boot1.efi?/mnt/efi/BOOT/BOOTX64.EFI

然后設置 zpool 上的?bootfs 參數, 以便 FreeBSD 引導加載程序可以選到正確的數據集：

zpool?set?-o?bootfs=data/freebsd?data

你可能還需要為某些硬件設置 EFI 系統分區上的 bootme 標識：

gpart?set?-a?bootme?-i?1?ada0

現在你的系統可以直接進入 OS 了。

FreeBSD 主要操作系統
?

現在你可以直接引導進入 FreeBSD 了。你還需要連接到一個與 wpa_supplicant 配置相關的網絡。

在進行其他事項之前，先獲取到新的源代碼，有利于對全局以及內核進行重新構建，這樣做能確保系統處于最新狀態。你可能也需要獲取到端口的集合等。與此類相關的內容，你可自行查看資料。

安裝 GRUB

grub-efi 端口會安裝一個兼容 EFI 系統的 GRUB 版本。這個端口要比在 Gentoo 上進行同等的操作簡單得多。端口的安裝方法如下：

cd?/usr/ports/sysutils/grub2-efimake?install?clean

你需要使用?grub-mkconfig 命令創建一個 grub.cfg 文件，過程中可能需要對該命令進行編輯。你也可以直接使用下面這個文件?(make sure it’s at /boot/grub/grub.cfg):

insmod?part_gptinsmod?***smenuentry?'FreeBSD'?--class?freebsd?--class?bsd?--class?os?{??search.fs_label?data?ZFS_PART??echo?"Loading?FreeBSD?Kernel..."??kfreebsd?($ZFS_PART)/freebsd/@/boot/kernel/kernel??kfreebsd_loadenv?($ZFS_PART)/freebsd/@/boot/device.hints??kfreebsd_module_elf?($ZFS_PART)/freebsd/@/boot/kernel/opensolaris.ko??kfreebsd_module_elf?($ZFS_PART)/freebsd/@/boot/kernel/acl_nfs4.ko??kfreebsd_module_elf?($ZFS_PART)/freebsd/@/boot/kernel/***s.ko??set?kFreeBSD.vfs.root.mountf rom=***s:data/freebsd??set?kFreeBSD.vfs.root.mountfrom.options=rw}menuentry?'Gentoo?Linux'?{??search.fs_label?data?ZFS_PART??linux?($ZFS_PART)/gentoo@/boot/kernel?do***s=force?root=ZFS=data/gentoo??initrd?($ZFS_PART)/gentoo@/boot/initramfs}

注意，此處我們已為 Gentoo 創建了一項配置。最后，你需要掛載 EFI 系統分區然后安裝?GRUB:

mount?-t?msdosfs?/dev/ada0p1?/mntgrub-install?--efi-directory=/mnt?--disk-module=efi

這樣做會將 GRUB 引導程序安裝到 EFI 系統分區的?/efi/grub/grub.efi，你需要將它拷貝到相應位置。在此之前，我建議你先對 FreeBSD 本地的引導加載程序進行備份：

cp?/mnt/efi/BOOT/BOOTX64.EFI?/mnt/efi/BOOT/BOOTX64.BAK

這樣能省去在操作有誤時的回退操作。現在拷貝 GRUB 引導加載程序：

cp?/mnt/efi/grub/grub.efi?/mnt/efi/BOOT/BOOTX64.EFI

之后需要對 GRUB 引導加載程序進行測試，以確保它能有效的對系統進行重新啟動，并引導進入 FreeBSD。

閱讀全文