构建以 ZFS 为根文件系统的 Fedora

注意事项

• 另一种在 Fedora Linux 上安装使用 ZFS 作为根文件系统的方法是使用非官方脚本 fedora-on-zfs，该脚本更加自动化，能生成更接近官方 Fedora 配置的安装。fedora-on-zfs 脚本与下文方法的区别在于，它使用 Fedora 官方的 kickstart 文件之一（如 fedora-disk-minimal.ks、fedora-disk-workstation.ks、fedora-disk-kde.ks 等）指导安装，同时进行少量修改来增补 ZFS 功能。如有 bug，请提交至 Greg 的 GitHub 仓库 fedora-on-zfs。

ZFSBootMenu

ZFSBootMenu 是一种替代引导加载程序，不受上述限制，并支持启动环境。如果计划使用 ZFSBootMenu，请勿参照本文，因为布局不兼容。安装详情请参考其官方网站。

自定义配置

除非另有说明，否则不建议在重启前自定义系统配置。

仅使用经过充分测试的池功能

应且只应使用经过充分测试的池功能。如果数据完整性至关重要，请避免使用新功能。参考示例：此评论。

仅支持 UEFI

本指南仅支持 UEFI。

准备工作

1. 禁用安全启动。在启用安全启动时无法加载 ZFS 模块。

2. 由于最新 Live CD 的内核可能与 ZFS 不兼容，我们将使用默认自带 ZFS 的 Alpine Linux Extended。 下载最新的 Alpine Linux Extended live 镜像，并验证 校验和，然后从该镜像启动。

   gpg --auto-key-retrieve --keyserver hkps://keyserver.ubuntu.com --verify alpine-extended-*.asc
   
   dd if=input-file of=output-file bs=1M

3. 使用 root 用户登录，初始无密码。

4. 配置网络：

   setup-interfaces -r
   # 必须使用选项 "-r" 以正确启动网络服务
   # 示例：
   network interface: wlan0
   WiFi name:         <ssid>
   ip address:        dhcp
   <此处按回车键完成网络配置>
   manual netconfig:  n

5. 如果使用无线网络且未显示，请参阅 Alpine Linux wiki 获取详细信息。 可使用 apk add wpa_supplicant 安装 wpa_supplicant，无需网络连接。

6. 配置 SSH 服务器：

   setup-sshd
   # 示例：
   ssh server:        openssh
   allow root:        "prohibit-password" 或 "yes"
   ssh key:           "none" 或 "<公钥>"

7. 设置 root 密码或 /root/.ssh/authorized_keys。

8. 从另一台计算机连接：

   ssh [email protected]

9. 配置 NTP 客户端进行时间同步：

   setup-ntp busybox

10. 设置 apk 仓库。会显示可用镜像列表，按空格键继续：

    setup-apkrepos

11. 在本指南中，我们使用由 udev 生成的可预测磁盘名称：

    apk update
    apk add eudev
    setup-devd udev

12. 目标磁盘 列出可用磁盘：

    find /dev/disk/by-id/

    如果使用 virtio 作为磁盘总线，请关闭虚拟机并为磁盘设置序列号。 对于 QEMU，使用：

    -drive format=raw,file=disk2.img,serial=AaBb

    对于 libvirt，编辑 domain XML。示例请参见 此页面。 声明磁盘数组：

    DISK='/dev/disk/by-id/ata-FOO /dev/disk/by-id/nvme-BAR'

    单块磁盘安装使用：

    DISK='/dev/disk/by-id/disk1'

13. 设置挂载点：

    MNT=$(mktemp -d)

14. 设置分区大小： 设置交换分区大小（GB），如果不希望占用过多空间，可设为 1：

    SWAPSIZE=4

    设置磁盘末尾保留空间，最小 1GB：

    RESERVE=1

15. 从 Live 镜像安装 ZFS 支持：

    apk add zfs

16. 安装分区工具：

    apk add parted e2fsprogs cryptsetup util-linux

系统安装

1. 分区磁盘

   注意：

   必须清除目标磁盘上全部既有的分区表和数据结构。

   对于基于闪存的存储，可以使用如下 blkdiscard 命令：

   partition_disk () {
    local disk="${1}"
    blkdiscard -f "${disk}" || true
   
    parted --script --align=optimal  "${disk}" -- \
    mklabel gpt \
    mkpart EFI 1MiB 4GiB \
    mkpart rpool 4GiB -$((SWAPSIZE + RESERVE))GiB \
    mkpart swap  -$((SWAPSIZE + RESERVE))GiB -"${RESERVE}"GiB \
    set 1 esp on \
   
    partprobe "${disk}"
   }
   
   for i in ${DISK}; do
      partition_disk "${i}"
   done

2. 为本次安装设置临时的加密交换分区（仅本次使用）。如果可用内存容量较小，此操作非常有用：

   for i in ${DISK}; do
      cryptsetup open --type plain --key-file /dev/random "${i}"-part3 "${i##*/}"-part3
      mkswap /dev/mapper/"${i##*/}"-part3
      swapon /dev/mapper/"${i##*/}"-part3
   done

3. 加载 ZFS 内核模块：

   modprobe zfs

4. 创建根池

   • 不使用加密的示例：

     # shellcheck disable=SC2046
     zpool create \
         -o ashift=12 \
         -o autotrim=on \
         -R "${MNT}" \
         -O acltype=posixacl \
         -O canmount=off \
         -O dnodesize=auto \
         -O normalization=formD \
         -O relatime=on \
         -O xattr=sa \
         -O mountpoint=none \
         rpool \
         mirror \
        $(for i in ${DISK}; do
           printf '%s ' "${i}-part2";
          done)

5. 创建根系统容器：

   # dracut 要求系统根数据集必须使用非 legacy 挂载点
   zfs create -o canmount=noauto -o mountpoint=/ rpool/root

   创建系统数据集，使用 mountpoint=legacy 管理挂载点：

   zfs create -o mountpoint=legacy rpool/home
   zfs mount rpool/root
   mount -o X-mount.mkdir -t zfs rpool/home "${MNT}"/home

6. 格式化并挂载 ESP（EFI 系统分区）。只有其中一个会作为 /boot 使用，之后需要设置镜像：

   for i in ${DISK}; do
    mkfs.vfat -n EFI "${i}"-part1
   done
   
   for i in ${DISK}; do
    mount -t vfat -o fmask=0077,dmask=0077,iocharset=iso8859-1,X-mount.mkdir "${i}"-part1 "${MNT}"/boot
    break
   done

系统配置

1. 下载解压 Fedora 最小根文件系统：

   apk add curl
   curl --fail-early --fail -L \
   https://dl.fedoraproject.org/pub/fedora/linux/releases/39/Container/x86_64/images/Fedora-Container-Base-39-1.5.x86_64.tar.xz \
   -o rootfs.tar.gz
   curl --fail-early --fail -L \
   https://dl.fedoraproject.org/pub/fedora/linux/releases/39/Container/x86_64/images/Fedora-Container-39-1.5-x86_64-CHECKSUM \
   -o checksum
   
   # BusyBox sha256sum 会将校验文件中的每一行视为 checksum
   # 并要求文件名和校验值之间有两个空格 "  "
   
   grep 'Container-Base' checksum \
   | grep '^SHA256' \
   | sed -E 's|.*= ([a-z0-9]*)$|\1  rootfs.tar.gz|' > ./sha256checksum
   
   sha256sum -c ./sha256checksum
   
   rootfs_tar=$(tar t -af rootfs.tar.gz | grep layer.tar)
   rootfs_tar_dir=$(dirname "${rootfs_tar}")
   tar x -af rootfs.tar.gz "${rootfs_tar}"
   ln -s "${MNT}" "${MNT}"/"${rootfs_tar_dir}"
   tar x  -C "${MNT}" -af "${rootfs_tar}"
   unlink "${MNT}"/"${rootfs_tar_dir}"

2. 启用社区仓库：

   sed -i '/edge/d' /etc/apk/repositories
   sed -i -E 's/#(.*)community/\1community/' /etc/apk/repositories

3. 生成 fstab：

   apk add arch-install-scripts
   genfstab -t PARTUUID "${MNT}" \
   | grep -v swap \
   | sed "s|vfat.*rw|vfat rw,x-systemd.idle-timeout=1min,x-systemd.automount,noauto,nofail|" \
   > "${MNT}"/etc/fstab

4. 切换根环境（chroot）：

   cp /etc/resolv.conf "${MNT}"/etc/resolv.conf
   for i in /dev /proc /sys; do mkdir -p "${MNT}"/"${i}"; mount --rbind "${i}" "${MNT}"/"${i}"; done
   chroot "${MNT}" /usr/bin/env DISK="${DISK}" bash

5. 取消所有 shell 别名（防止干扰安装）：

   unalias -a

6. 安装基础软件包：

   dnf -y install @core kernel kernel-devel

7. 安装 ZFS 软件包：

   dnf -y install \
   https://zfsonlinux.org/fedora/zfs-release-2-4"$(rpm --eval "%{dist}"||true)".noarch.rpm
   
   dnf -y install zfs zfs-dracut

8. 检查 ZFS 模块是否构建成功：

   tail -n10 /var/lib/dkms/zfs/**/build/make.log

   如果构建失败，需要安装 LTS 内核及其头文件，然后重新构建 ZFS 模块：

   # 这是第三方仓库！
   # 我们已经警告过你了！
   #
   # 从以下地址选择内核：
   # https://copr.fedorainfracloud.org/coprs/kwizart/
   
   dnf copr enable -y kwizart/kernel-longterm-VERSION
   dnf install -y kernel-longterm kernel-longterm-devel
   dnf remove -y kernel-core

   将在内核安装过程中构建 ZFS 模块。可再次使用 tail 查看构建日志。

9. 将 ZFS 模块添加到 dracut：

   echo 'add_dracutmodules+=" zfs "' >> /etc/dracut.conf.d/zfs.conf
   echo 'force_drivers+=" zfs "' >> /etc/dracut.conf.d/zfs.conf

10. 将其他驱动添加到 dracut：

    if grep mpt3sas /proc/modules; then
      echo 'force_drivers+=" mpt3sas "'  >> /etc/dracut.conf.d/zfs.conf
    fi
    if grep virtio_blk /proc/modules; then
      echo 'filesystems+=" virtio_blk "' >> /etc/dracut.conf.d/fs.conf
    fi

11. 构建 initrd：

    find -D exec /lib/modules -maxdepth 1 \
    -mindepth 1 -type d \
    -exec sh -vxc \
    'if test -e "$1"/modules.dep;
       then kernel=$(basename "$1");
       dracut --verbose --force --kver "${kernel}";
     fi' sh {} \;

12. 对于 SELinux，在重启时重新标记文件系统：

    fixfiles -F onboot

13. 启用网络时间同步：

    systemctl enable systemd-timesyncd

14. 生成主机 ID：

    zgenhostid -f -o /etc/hostid

15. 安装本地化语言包，例如英文：

    dnf install -y glibc-minimal-langpack glibc-langpack-en

16. 设置语言、键盘布局、时区和主机名：

    rm -f /etc/localtime
    rm -f /etc/hostname
    systemd-firstboot \
    --force \
    --locale=en_US.UTF-8 \
    --timezone=Etc/UTC \
    --hostname=testhost \
    --keymap=us || true

17. 设置 root 密码：

    printf 'root:你的密码' | chpasswd

引导加载程序

1. 安装 rEFInd 引导加载程序：

   # 来源：http://www.rodsbooks.com/refind/getting.html
   # 使用 Zip 二进制文件方案
   curl -L http://sourceforge.net/projects/refind/files/0.14.0.2/refind-bin-0.14.0.2.zip/download --output refind.zip
   
   dnf install -y unzip
   unzip refind.zip
   mkdir -p /boot/EFI/BOOT
   find ./refind-bin-0.14.0.2/ -name 'refind_x64.efi' -print0 \
   | xargs -0I{} mv {} /boot/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI
   rm -rf refind.zip refind-bin-0.14.0.2

2. 添加启动项：

   tee -a /boot/refind-linux.conf <<EOF
   "Fedora" "root=ZFS=rpool/root"
   EOF

3. 退出 chroot 环境：

   exit

4. 卸载文件系统并创建初始系统快照。之后可以根据此快照创建启动环境。参见 ZFS 根文件系统维护页面：

   umount -Rl "${MNT}"
   zfs snapshot -r rpool@initial-installation

5. 导出所有池：

   zpool export -a

6. 重启系统：

   reboot

安装后操作

1. 安装软件包组：

   dnf group list --hidden -v       # 查询软件包组
   dnf group install gnome-desktop

2. 添加新用户并配置交换分区。

3. 挂载其他 EFI 系统分区，并设置服务以同步其内容。