标签：U盘

本文主要描述如何在FreeBSD系统下使用独立的USB存储设备制作便携式系统维护盘。
制作完成的系统维护盘除了包含完整的FreeBSD操作系统外，还能够实现以下主要功能：

• 修复或安装FreeBSD
• 引导进入其他各种LiveCD
• 安装其他操作系统

考虑到实用及便携性需求，建议使用大小为32G、接口为USB 3.0的U盘制作（以下简称U盘）。

插上U盘后，首先确认其设备路径：

# camcontrol devlist 
<ST31000528AS CC46>                at scbus0 target 0 lun 0 (ada0,pass0)
<ST31000528AS CC46>                at scbus4 target 0 lun 0 (ada1,pass1)
<ALPHACHI USB DISK>                at scbus7 target 0 lun 0 (da0,pass2)

在这里，U盘对应的设备路径为/dev/da0；由此可以获取U盘的基本信息：

# diskinfo -v /dev/da0
/dev/da0
        512             # sectorsize
        31610372096     # mediasize in bytes (29G)
        61739008        # mediasize in sectors
        0               # stripesize
        0               # stripeoffset
        3843            # Cylinders according to firmware.
        255             # Heads according to firmware.
        63              # Sectors according to firmware.
        1292621180710063        # Disk ident.

这里需要注意sectorsize与stripesize的数值：前者为逻辑扇区大小，后者为物理扇区大小，两者单位均为字节；而只有stripesize为4096的设备在分区时才需要设置4K对齐。

有了这些信息，即可开始分区：

# gpart destroy -F /dev/da0         清除U盘之前的分区信息
da0 destroyed
# gpart create -s MBR /dev/da0      创建新的MBR分区表
da0 created
# gpart add -t fat32 -s 4g da0      添加一个大小为4GB的FAT32分区    
da0s1 added
# gpart add -t freebsd da0          剩余分区将用于安装FreeBSD
da0s2 added
# gpart create -s BSD /dev/da0s2    在剩余分区上创建新的BSD分区表
da0s2 created
# gpart add -t freebsd-ufs da0s2    添加UFS分区
da0s2a added
# gpart show da0                    查看创建的MBR分区表
=>      63  62530561  da0  MBR  (29G)
        63   8388576    1  fat32  (4G)
   8388639  54141948    2  freebsd  (25G)
  62530587        37       - free -  (18k)

# gpart show da0s2                  查看创建的BSD分区表
=>       0  54141948  da0s2  BSD  (25G)
         0  54141948      1  freebsd-ufs  (25G)0

这里需要注意两点：

• 为了使第一个FAT32分区能够在绝大多数Windows系统下使用，应该创建MBR分区表而非GPT分区表。
• 直接将FreeBSD安装至第二个分区上会无法引导，需要在第二个分区中嵌套一个BSD分区表。

更多有关分区的信息，详见分配磁盘空间。

由于FreeBSD自带的引导管理器无法满足稍后的需求，在这里需要使用GRUB 2。

首先通过Ports安装GRUB 2：

# portsnap fetch update
...    （省略无关输出，下同）
# cd /usr/ports/sysutils/grub2/
# make install clean
...

然后将GRUB 2的引导管理器安装至U盘：

# newfs_msdos -L USB /dev/da0s1                  格式化分区并添加卷标USB以便于之后挂载
...
# mount_msdosfs /dev/da0s1 /mnt/                 这里不能使用卷标挂载，否则GRUB 2安装后会无法引导
# grub-install --root-directory=/mnt /dev/da0    安装GRUB 2的引导管理器
...

安装完成后，创建配置文件/mnt/boot/grub/grub.cfg：

set timeout=60            引导菜单超时秒数
set pager=1               输出内容过多时自动分屏
insmod part_gpt           预读模块part_gpt以识别使用GPT分区方案的存储设备

menuentry "Continue" {    跳过GRUB 2引导管理器
    set root=(hd1)
    chainloader +1
}

menuentry "Reboot" {      重启
    reboot
}

menuentry "Shutdown" {    关机
    halt
}

目前仅需以上这些配置即可，编辑完成后执行下列命令：

# rm /mnt/boot/grub/device.map    device.map是根据当前机器自动生成的，可以删除
# mkdir /mnt/iso/                 此目录用于放置各LiveCD对应的映像文件
# umount /mnt/                    安全卸除挂载的分区

默认情况下，FreeBSD系统的安装是通过sysinstall（9.0之前）或bsdinstall（9.0开始）所开启的交互模式进行的；但在这里，直接使用分发包安装会更加方便。下面以9.1-RELEASE amd64为例具体说明。

如果之前已经下载过安装映像文件FreeBSD-9.1-RELEASE-amd64-memstick.img，那么可以从其中直接提取分发包进行安装：

# newfs -L usb -j /dev/da0s2a                             格式化分区并添加卷标usb以便于之后挂载
...                                                       -j表示为UFS文件系统开启soft updates journaling
# mount /dev/da0s2a /mnt/
# mdconfig memstick.img                                   文件memstick.img对应于之前下载的安装映像文件
md0                                                       通过mdconfig命令用其创建内存盘
# mount /dev/md0a /media/                                 挂载创建的内存盘
# tar -C /mnt/ -xvf /media/usr/freebsd-dist/base.txz      解包并写入系统文件
...                                                       作为基系统的base.txz与kernel.txz必须安装
# tar -C /mnt/ -xvf /media/usr/freebsd-dist/kernel.txz    同目录下的其他包则可以根据需要选择安装
...
# cp -Riv /media/usr/freebsd-dist/ /mnt/install/          将分发包复制到U盘以用于在其他机器上安装系统
...
# umount /media/
# mdconfig -d -u 0                                        安全移除创建的内存盘

如果还没有下载过安装映像文件，可以通过FTP直接获取需要的分发包：

# ftp -a ftp.freebsd.org    若访问速度过慢，可更换为ftp.cn.freebsd.org
...
ftp> cd pub/FreeBSD/releases/amd64/amd64/9.1-RELEASE/
250 CWD command successful.
ftp> ls
229 Entering Extended Passive Mode (|||63772|)
150 Opening ASCII mode data connection for '/bin/ls'.
total 307588
-rw-r--r--  1 1006  1006       782 Dec  4 10:10 MANIFEST
-rw-r--r--  1 1006  1006  59854248 Dec  4 10:09 base.txz
-rw-r--r--  1 1006  1006   1443284 Dec  4 10:10 doc.txz
-rw-r--r--  1 1006  1006   1117428 Dec  4 10:10 games.txz
-rw-r--r--  1 1006  1006  58045476 Dec  4 10:10 kernel.txz
-rw-r--r--  1 1006  1006   9743636 Dec  4 10:10 lib32.txz
-rw-r--r--  1 1006  1006  87926876 Dec  4 10:10 ports.txz
-rw-r--r--  1 1006  1006  96450488 Dec  4 10:10 src.txz
226 Transfer complete.
ftp> mget base.txz kernel.txz    下载基系统包，其他包可根据需要选择下载
mget base.txz [anpqy?]? a        输入a后回车以全部确认
...

有关各分发包的说明，详见介绍bsdinstall。

经过以上操作，当前系统中的/mnt/即为将来U盘系统的根目录。现在仅需做一些必要的配置即可完成安装，而其他额外的配置可以在进入新系统后再做。
1) 创建交换文件：

# dd if=/dev/zero of=/mnt/swap bs=256m count=1
...
# chmod 0600 /mnt/swap

在这里使用交换文件替代传统的交换分区。因为空间有限，与单独的交换分区相比，能够按需调整大小的交换文件会更具弹性；注意交换文件不应小于256MB。
2) 创建/mnt/boot/loader.conf并添加以下内容：

tmpfs_load="YES"    开启内存文件系统

3) 创建/mnt/etc/fstab并添加以下内容：

/dev/ufs/usb        /         ufs        rw    1    1
/dev/msdosfs/USB    /media    msdosfs    rw    0    0
tmpfs               /tmp      tmpfs      rw    0    0

4) 创建/mnt/etc/make.conf并添加以下内容：

WRKDIRPREFIX=/tmp    在内存文件系统中编译Ports；不仅能够显著提升编译速度，更能够避免对U盘不必要的读写
                     但需注意及时make clean以防止空间耗尽

5) 创建/mnt/etc/rc.conf并添加以下内容：

swapfile="/swap"    使用交换文件
powerd_enable="YES"
hostname="FreeBSD"

更多内容可以参考/etc/defaults/rc.conf。
6) 使用命令chroot /mnt/切换根目录后，通过命令tzsetup设置时区，通过命令passwd设置root密码。操作完成后退出并卸除/mnt/上挂载的分区。

挂载之前的FAT32分区以编辑GRUB 2配置文件：

# mount_msdosfs /dev/msdosfs/USB /mnt/
# vi /mnt/boot/grub/grub.cfg

在grub.cfg中为U盘系统添加对应的引导菜单：

menuentry "FreeBSD" {        设置所显示的菜单名称
    set root=(hd0,2,a)       指定系统根目录所在分区
    kfreebsd /boot/loader    指定系统加载器
}

虽然之前安装的系统已经完全可以实现LiveFS的功能，但在这里仍会添加一个基于mfsBSD的LiveFS，原因在于：

• 如果U盘本身的系统出现了故障，进入此LiveFS即可进行修复
• mfsBSD能够被完全读入内存，非常适合大批量本地或远程部署FreeBSD

安装此LiveFS的操作非常简单，首先下载对应版本的mfsBSD映像文件并将其复制到/mnt/iso/，然后在/mnt/boot/grub/grub.cfg中添加对应的引导菜单：

menuentry "LiveFS" {
    loopback loop (hd0,1)/iso/mfsbsd-9.1-RELEASE-amd64.iso    使用loopback功能将ISO文件“模拟”为分区(loop)
    kfreebsd (loop)/boot/kernel/kernel.gz                     由于系统被读入内存，因此启动完成后可直接拔掉U盘
    kfreebsd_module (loop)/mfsroot.gz type=mfs_root
}

mfsBSD登录时root密码为mfsroot，其他相关信息请参见其官方网站。
[注] 目前测试发现，9.1版本的iso文件使用此种方式引导某些机器时会报错，此问题修正前可暂时使用9.0版本。

完整的系统及各种Ports，已经足以满足FreeBSD的维护需求，但对于其他的操作系统，可能还需要各种LiveCD作为补充。
有别于传统的刻录或dd命令写入方式，这里通过GRUB 2自带的loopback功能，能够非常容易的实现多个LiveCD共存：只要将LiveCD对应的iso文件置于/media/iso/，然后在/media/boot/grub/grub.cfg中添加引导菜单即可；而/media/位于FAT32分区，可以在任何系统下操作。
以下将列出一些常用的LiveCD所对应的引导菜单，未列出的可以在其对应的网站上查询。对于很多采用Syslinux引导的LiveCD，可能需要将其引导菜单手动转换为GRUB 2引导菜单。

1) GParted（分区操作）

menuentry "GParted" {
    set root=(hd0,1)
    set file="/iso/gparted.iso"    将下载后的iso文件更名为gparted.iso
    loopback loop $file
    linux (loop)/live/vmlinuz boot=live config union=aufs noswap noprompt ip=frommedia toram=filesystem.squashfs findiso=$file
    initrd (loop)/live/initrd.img
}

这里更名文件的目的在于：新版本的LiveCD发布时，只要下载对应的iso文件并覆盖即可完成升级，无需再次修改引导菜单。
2) Clonezilla（磁盘镜像与克隆）

menuentry "Clonezilla" {
    set root=(hd0,1)
    set file="/iso/clonezilla.iso"
    loopback loop $file
    linux (loop)/live/vmlinuz boot=live live-config noswap nolocales edd=on nomodeset ocs_live_run=\"ocs-live-general\" ocs_live_extra_param=\"\" ocs_live_keymap=\"\" ocs_live_batch=\"no\" ocs_lang=\"\" ip=frommedia nosplash toram=filesystem.squashfs findiso=$file
    initrd (loop)/live/initrd.img
}

3) DBAN（数据擦除）

menuentry "DBAN" {
    loopback loop (hd0,1)/iso/dban.iso
    linux (loop)/DBAN.BZI nuke="dwipe"
}

1) SystemRescueCd（基于Gentoo Linux）

menuentry "SystemRescueCd" {
    set root=(hd0,1)
    set file="/iso/systemrescuecd.iso"
    loopback loop $file
    linux (loop)/isolinux/rescue64 isoloop=$file docache setkmap=us dostartx
    #linux (loop)/isolinux/altker64 isoloop=$file nomodeset
    initrd (loop)/isolinux/initram.igz
}

2) Parted Magic OS（基于Slackware）

 
menuentry "PartedMagicOS" {
    set root=(hd0,1)
    set file="/iso/pmagic.iso"
    loopback loop $file
    linux (loop)/pmagic/bzImage edd=off load_ramdisk=1 prompt_ramdisk=0 rw loglevel=9 max_loop=256 vmalloc=320MiB iso_filename=$file
    initrd (loop)/pmagic/initrd.img
}

安装FreeBSD时若无需多系统共存，强烈建议使用GPT而非MBR分区表，因为GPT不仅结构简练，而且没有2T容量的限制。以下为具体步骤：
1) 使用此U盘启动机器，选择FreeBSD菜单后以root登录。
2) 通过获取设备信息一节的方法获取硬盘信息，以下假设目标硬盘为/dev/ada0。
3) 输入gpart destroy -F /dev/ada0清空之前的分区信息，注意如果存在嵌套的子分区表（可通过命令gpart show检查）也应一并删除。
4) 输入gpart create -s GPT /dev/ada0创建新的GPT分区表。
5) 输入gpart add -t freebsd-boot -s 64k ada0添加大小为64KB的引导分区，若需要设置4K对齐可在命令中添加参数-a 4k。
6) 输入gpart bootcode -b /boot/pmbr -p /boot/gptboot -i 1 ada0在引导分区中写入引导记录。
7) 输入gpart add -t freebsd-swap -s 4g -l swap ada0添加大小为4GB（可按需设置）的交换分区，若需要设置4K对齐可在命令中添加参数-a 4k；注意这里通过-l swap给分区添加了标签swap以便于挂载。
8) 输入gpart add -t freebsd-ufs -l sys ada0将剩余空间全部划分给系统，若需要设置4K对齐可在命令中添加参数-a 4k；注意这里通过-l sys给分区添加了标签sys以便于挂载。
9) 输入newfs -j /dev/ada0p3格式化系统分区，其中-j表示开启soft updates journaling；若为固态硬盘还可添加参数-t以开启TRIM。
10) 输入mount /dev/ada0p3 /mnt/将格式化好的系统分区挂载至/mnt/后，依次执行tar -C /mnt/ -xvf /install/base.txz与tar -C /mnt/ -xvf /install/kernel.txz安装基系统；注意/install/下的其他分发包也可根据需要酌情安装。
11) 参考系统配置一节进行必要的系统配置；因为这里已经添加了独立的交换分区，所以无需再配置交换文件，另外注意/mnt/etc/fstab应写为：

/dev/gpt/sys    /       ufs     rw    1    1
dev/gpt/swap    none    swap    sw    0    0
tmpfs           /tmp    tmpfs   rw    0    0

12) 配置完成后，重新启动并从硬盘引导，即可进入安装好的系统。

绝大多数Linux发行版都会提供ISO格式的LiveCD，同时支持从LiveCD安装系统；也就是说，只要通过添加LiveCD一节的方法引导至LiveCD即可。
例如，使用此U盘安装Gentoo Linux时，对应的GRUB 2引导菜单可写作：

menuentry "Install Gentoo" {
    set root=(hd0,1)
    set file="/iso/gentoo.iso"    将下载后的iso文件更名为gentoo.iso
    loopback loop $file
    linux (loop)/isolinux/gentoo root=/dev/ram0 init=/linuxrc dokeymap looptype=squashfs loop=/image.squashfs cdroot initrd=gentoo.igz isoboot=$file
    initrd (loop)/isolinux/gentoo.igz
}

使用此种方式引导个别Linux发行版所提供的LiveCD可能会出现一些问题，需要执行额外的修正操作。例如，下面的菜单用于引导openSUSEKDE LiveCD：

menuentry "openSUSE KDE LiveCD" {
    set root=(hd0,1)
    set file="/iso/opensuse-kde.iso"    将下载后的iso文件更名为opensuse-kde.iso
    loopback loop $file
    linux (loop)/boot/x86_64/loader/linux kiwidebug=1
    initrd (loop)/boot/x86_64/loader/initrd
}

但此菜单仅能引导至LiveCD的的Debug模式（命令行界面），必须继续手动输入以下命令来引导至图形界面：

# mkdir /livecd/
# mount /dev/sdb1 /mnt/
# mount -o loop /mnt/iso/opensuse-kde.iso /cdrom/
# mount -o loop /mnt/iso/opensuse-kde.iso /livecd/
# exit

由于GRUB 2并不能直接引导Windows安装所用的iso文件，因此需要使用另外一种方式。这里假设iso文件名为win.iso，目标硬盘为/dev/ada0，以下为具体步骤：
1) 使用独立式LiveCD一节的方法为此U盘添加GParted并引导进入。
2) 使用GParted为/dev/sda（即FreeBSD下的/dev/ada0）创建msdos分区表，然后划分出系统所在分区并格式化为ntfs，最后将其flag设置为boot。
3) 重启并引导进入U盘上的FreeBSD系统，使用Ports安装p7zip与fusefs-ntfs。
4) 挂载之前创建的Windows系统分区并写入Windows安装文件：

# kldload /usr/local/modules/fuse.ko    加载ntfs-3g所需的模块
# ntfs-3g /dev/ada0s1 /mnt/             这里假设之前创建的Windows系统所在分区为/dev/ada0s1
# 7z x win.iso -o{/mnt/}                由于绝大部分Windows安装盘均为UDF格式，因此无法使用tar解压
...

5) 重启并选择Continue菜单从目标硬盘引导后，即可正常安装Windows。
整个过程中需要注意两点：

• 之所以使用GParted，是因为在FreeBSD中无法格式化NTFS分区（fusefs-ntfs自带的mkntfs命令格式化时会卡在99%）。
• 一旦引导进入了Windows安装环境，系统分区下除sources文件夹外的所有内容均可删除，而安装完成后sources文件夹也可删除。

以上分别描述了如何单独安装FreeBSD、Linux与Windows，本节将说明怎样使用此U盘实现多系统共存。
使用传统方式在同一硬盘上安装多系统的难点在于：为了协调各系统启动管理器之间的关系，必须谨慎考虑安装的先后次序。使用此U盘安装则会简单很多：首先以任意顺序单独安装各系统，最后统一调整引导信息；除此之外，在任何时刻均可非常容易的修改甚至替换引导管理器。
以下为具体的安装步骤，最终实现的效果为：一块硬盘包括三个分区，使用FreeBSD自带的MBR启动管理器引导，F1、F2、F3分别对应于FreeBSD、Linux、Windows。
1) 执行安装FreeBSD一节的前3步以初始化目标硬盘，这里假设其为/dev/ada0，容量250GB。
2) 输入gpart create -s MBR /dev/ada0创建新的MBR分区表。
3) 输入gpart add -t freebsd -s 100g ada0添加大小为100GB的freebsd分区以安装FreeBSD，若需要设置4K对齐可在命令中添加参数-a 4k。
4) 输入gpart create -s BSD /dev/ada0s1嵌套BSD分区表后，输入gpart add -t freebsd-ufs ada0s1在其中添加freebsd-ufs分区，若需要设置4K对齐可在命令中添加参数-a 4k。
5) 输入gpart add -t linux-data -s 64g ada0添加大小为64GB的linux-data分区以安装Linux，若需要设置4K对齐可在命令中添加参数-a 4k。
6) 输入gpart add -t ntfs ada0将剩余空间划分为ntfs分区以安装Windows。
7) 使用安装Linux一节的方法在硬盘的第2个分区（即Linux下的/dev/sda2）上安装Linux。
8) 使用独立式LiveCD一节的方法为此U盘添加GParted并引导进入后，将硬盘的第3个分区（即GParted下的/dev/sda3）格式化为ntfs，并将其flag设置为boot。
9) 执行安装Windows一节的后3步以在ntfs分区上安装Windows。
10) 重启并引导进入U盘上的FreeBSD系统后，在硬盘的第1个分区上安装FreeBSD：

# newfs -L sys -j /dev/ada0s1a             格式化分区并添加卷标sys以便于之后挂载
...                                        若为固态硬盘还可添加-t以开启TRIM
# mount /dev/ada0s1a /mnt/
# tar -C /mnt/ -xvf /install/base.txz      解包并写入系统文件
...                                        作为基系统的base.txz与kernel.txz必须安装
# tar -C /mnt/ -xvf /install/kernel.txz    同目录下的其他包则可以根据需要选择安装
...

11) 参考系统配置一节进行必要的系统配置；注意为简化分区结构这里并未划分单独的交换分区，所以应按需设置交换文件（普通使用4GB即可），当然也可直接拆出freebsd-swap分区。
12) 安装FreeBSD自带的MBR启动管理器：

# gpart bootcode -b /boot/boot0 ada0     安装boot0引导管理器
bootcode written to ada0
# gpart set -a active -i 1 ada0          激活引导
active set on adaos1
# gpart bootcode -b /boot/boot ada0s1    写入bootstrap
bootcode written to ada0s1
# boot0cfg -t 182 /dev/ada0              设置引导菜单等待时间，注意数字单位为tick（即滴答，18.2滴答约为1秒）

整个过程中需要注意两点：

• 各系统所在分区及安装顺序随意，只要最后安装启动管理器即可，另外F1、F2、F3键始终依次对应第1、2、3分区。
• 一般硬盘的每磁道为63个扇区，MBR信息位于编号为0的首个扇区，而gpart会要求分区按照柱面对齐（不跨磁道），因此首个分区至少应跳过MBR所在磁道（第0至62扇区）从第63扇区开始，也就是说添加首个分区时需要在gpart命令中使用-b 63；对于支持4K对齐的硬盘，则应使用-b 504 -a 4k，其中504为4096/512与63的最小公倍数。

对于以iso文件提供的固件更新，也可以使用类似的方式进行，但可能需要MEMDISK辅助（下载Syslinux分发包后将文件memdisk解压至/media/iso/）。
1) 更新Seagate硬盘Firmware（所需文件*.iso可从Seagate Download Finder页面查询并下载）

menuentry "Seagate Firmware" {
    set root=(hd0,1)
    loopback loop (hd0,1)/iso/*.iso
    linux16 /iso/memdisk
    initrd16 (loop)/*.ima;1    *.ima;1位于*.iso根目录中，具体名称可通过tar -tvf *.iso获取
}

2) 更新ThinkPad笔记本BIOS（所需文件*.iso可从ThinkPad网站查询并下载）

menuentry "ThinkPad BIOS" {
    set root=(hd0,1)
    linux16 /iso/memdisk iso    注意这里需添加引导参数iso
    initrd16 /iso/*.iso
}

3) 某些固件的更新可能仅提供了DOS方式，此时可使用FreeDOS：

menuentry "FreeDOS" {
    set root=(hd0,1)
    linux16 /iso/memdisk iso     注意提前将固件更新所需的相关文件置于/media/
    initrd16 /iso/freedos.iso    引导成功后需要在安装过程中取消安装才能够进入Live模式执行固件更新
}

NanoBSD – 创建嵌入式FreeBSD系统映像

原文链接：https://wiki.freebsdchina.org/howto/p/portable_sys