2024-06-26

指南：将 EXT4 文件系统上的 Arch Linux 迁移至 ZFS

为了享受 ZFS 文件系统的 mirror 带来的数据安全保障，我将 Arch Linux 系统从 ext4 文件系统迁移至了 ZFS 文件系统。相关的限制条件包括：原来的硬盘是三星 840 EVO 256G，需要与金士顿 SA400S37 480G 组合成一个 mirror pool，也就意味着需要先从三星复制到金士顿，再把三星做成 ZFS，将数据重新复制到三星，然后重启进系统把金士顿 attach 到三星变成一个 mirror pool；另外，我不想按照 Arch Linux 的指南对三星进行分区，想要让 ZFS 直接管理整个三星硬盘，所以需要外置引导设备。

1. 制作支持 ZFS 的 archiso

官方的 archiso 是不支持 ZFS 的，和 Linux 内核一样，是因为开源协议不兼容所以不能内置支持。因此我们需要自己制作一个修改版的 archiso 支持识别和操作 ZFS。参考官方指导：ZFS、官方指导：archiso，用 pacman 安装 archiso，创建一个目录用来制作 archiso，然后复制一套官方 iso 的配置文件到工作目录：

1 2	mkdir archlive cp -r /usr/share/archiso/configs/releng/ archlive

然后修改 archlive/releng/pacman.conf 添加 archzfs 仓库：

[archzfs]
# Origin Server - Finland
Server = http://archzfs.com/$repo/$arch
# Mirror - Germany
Server = http://mirror.sum7.eu/archlinux/archzfs/$repo/$arch
# Mirror - Germany
Server = http://mirror.sunred.org/archzfs/$repo/$arch
# Mirror - Germany
Server = https://mirror.biocrafting.net/archlinux/archzfs/$repo/$arch
# Mirror - India
Server = https://mirror.in.themindsmaze.com/archzfs/$repo/$arch
# Mirror - US
Server = https://zxcvfdsa.com/archzfs/$repo/$arch

可能由于我之前已经安装过 archzfs 的内容，所以不需要做一个 trust gpg key 的动作。接下来修改 archlive/releng/packages.x86_64，添加 linux-header、zfs、zfs-dkms、zfs-utils 四个额外的包。完成之后，以 root 身份 cd 到 archlive 目录，执行 mkarchiso -v ./releng 开始构建 archiso。完成之后的镜像在 archlive 目录下的 out 中，把它复制出来用 rufus （dd模式）写入到一个U盘中，这一步就完成了。

.
├── out
│   └── archlinux-2024.06.23-x86_64.iso
├── releng
│   ├── airootfs
│   ├── efiboot
│   ├── grub
│   ├── syslinux
│   ├── bootstrap_packages.x86_64
│   ├── packages.x86_64
│   ├── pacman.conf
│   └── profiledef.sh
└── work

2. 制作用于引导的ZFSBootMenu U盘

这个U盘不用很大，质量也不用很好，但是需要长期插在电脑上，所以最好是闲置不用的拿过来发挥余热。根据 Portable ZFSBootMenu 的指导，假设U盘是 /dev/sdf，那么用 fdisk 来进行分区、mkfs.fat 来格式化的示范如下：

sudo fdisk /dev/sdf

Command (m for help): g
Created a new GPT disklabel (GUID: 38E24376-CD07-4B87-85C5-28BC29ADF0A9).

Command (m for help): n
Partition number (1-128, default 1): 
First sector (2048-31129566, default 2048): 
Last sector, +/-sectors or +/-size{K,M,G,T,P} (2048-31129566, default 31127551): 

Created a new partition 1 of type 'Linux filesystem' and of size 14.8 GiB.

Command (m for help): t
Selected partition 1
Partition type or alias (type L to list all): 1
Changed type of partition 'Linux filesystem' to 'EFI System'.

Command (m for help): w

sudo mkfs.fat /dev/sdf1

把分区挂载到 /mnt/usb，创建 EFI/BOOT 路径并把 ZFSBootMenu 的 EFI 塞进去：

sudo mkdir /mnt/usb
sudo mount /dev/sdf1 /mnt/usb
sudo mkdir -p /mnt/usb/EFI/BOOT
curl -LJ https://get.zfsbootmenu.org/efi/recovery -o /mnt/usb/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI
sudo umount /mnt/usb

这样就获得了一个能够引导 ZFS 上的内核的U盘了。

3. 重启并迁移数据

首先要确保当前的系统已经能够操作 ZFS 再重启，由于我的系统对于数据盘早已使用 ZFS，所以不用额外装其他东西；如果你没有，那么请一定要装好 zfs-dkms、zfs-utils以及你的内核对应的header再重启，否则数据迁移好了系统也是加载不了的。

先不要插 ZFSBootMenu 那个U盘，只插 archiso，重启进 iso 环境之后，根据 ls -lh /dev/disk/by-id/ 的输出来确认硬盘哪个是哪个，比如在我的机子上只有1个三星和1个金士顿，那么就会比较清晰（无关的硬盘已省略）：

lrwxrwxrwx 1 root root  9 Jun 23 23:15 ata-KINGSTON_SA400S37480G_50026B7380698064 -> ../../sdb
lrwxrwxrwx 1 root root 10 Jun 23 23:15 ata-KINGSTON_SA400S37480G_50026B7380698064-part1 -> ../../sdb1
lrwxrwxrwx 1 root root 10 Jun 23 23:15 ata-KINGSTON_SA400S37480G_50026B7380698064-part9 -> ../../sdb9
lrwxrwxrwx 1 root root  9 Jun 23 23:15 ata-Samsung_SSD_840_EVO_250GB_S1DBNSAF222103J -> ../../sda
lrwxrwxrwx 1 root root 10 Jun 23 23:15 ata-Samsung_SSD_840_EVO_250GB_S1DBNSAF222103J-part1 -> ../../sda1
lrwxrwxrwx 1 root root 10 Jun 23 23:15 ata-Samsung_SSD_840_EVO_250GB_S1DBNSAF222103J-part9 -> ../../sda9

然后用 fdisk -l /dev/sda 来确定现在的三星上的分区，常见的比如 sda1 是 EFI，sda2 是 /boot，sda3 是 /。

在进行接下来的操作之前，请确保金士顿的数据已经备份好了，它的所有数据都会被删掉的。

3.1 格式化金士顿、rsync 备份

由于三星是 ext4，所以我们把金士顿也格式化为 ext4，来确保文件系统属性兼容。根据上面的输出，金士顿是/dev/sdb，所以用 fdisk /dev/sdb 新建分区表、创建一个分区、保存分区表，然后mkfs.ext4 /dev/sdb1，再挂载到/king。

接下来把三星挂载到 /mnt，根据前面的信息进行以下命令：

1
2
3

mount /dev/sda3 /mnt
mount /dev/sda2 /mnt/boot
mount /dev/sda1 /mnt/efi

然后用 rsync 把数据备份到金士顿：

1	rsync -a -P --xattrs --acls --numeric-ids --hard-links /mnt/ /king/

搞定之后 umount -R /mnt 释放三星。

3.2 格式化三星为 ZFS、rsync 恢复

这一节参考Install Arch Linux on ZFS，但是简化了很多不必要的步骤。

用单设备创建 zpool 的命令把三星喂给 ZFS。注意，我们不走官方的分区模式，二是让 ZFS 直接接管这个硬盘；这里使用的是硬盘id：

zpool create -f         \
             -O acltype=posixacl       \
             -O relatime=on            \
             -O xattr=sa               \
             -O dnodesize=legacy       \
             -O normalization=formD    \
             -O mountpoint=none        \
             -O canmount=off           \
             -O devices=off            \
             -R /mnt                   \
             zroot /dev/disk/by-id/ata-Samsung_SSD_840_EVO_250GB_S1DBNSAF222103J

接下来是创建 dataset，类似于传统意义上的分区。我不搞那么复杂，只分开了 / 和 /home：

zfs create -o mountpoint=none zroot/data
zfs create -o mountpoint=none zroot/ROOT
zfs create -o mountpoint=/ -o canmount=noauto zroot/ROOT/default
zfs create -o mountpoint=/home zroot/data/home

然后 export、重新导入 pool。这几条命令可以保存为一个 shell 脚本，之后如果需要重新进入 iso 环境抢救的时候，导入就不用手打了：

zpool export zroot
zpool import -d /dev/disk/by-id -R /mnt zroot -N
zfs mount zroot/ROOT/default
zfs mount -a

然后从金士顿把文件恢复回来：

1	rsync -a -P --xattrs --acls --numeric-ids --hard-links /king/ /mnt/

4. 修改配置

下面的这些操作都是 arch-chroot /mnt 之后操作的，改的是原来的系统的配置而不是 archiso 的配置。

4.1 修改/etc/fstab

要把 /etc/fstab 中关于三星、金士顿的条目都删掉，因为我们这个配置方法不是 legacy 挂载点，开机的时候 ZFS 会负责处理挂载的事情，不需要 fstab 来做。

4.2 修改 /etc/mkinitcpio.conf

要把 zfs 添加到 MODULES=() 中。也要在 HOOKS= 的 block 后面添加 zfs。在我的系统上，这两个是这样的：

1 2	MODULES=(zfs) HOOKS=(base udev autodetect microcode modconf kms keyboard keymap consolefont block zfs filesystems)

由于我不需要在 initrd 中使用 systemd，所以官方指南里的sd-zfs、systemd就直接跳过了。

暂时先不做重新生成 initramfs 的操作，还有其他文件要改，现在生成等下还要重新生成。

4.3 设置 bootfs 、挂载读写（rw）模式、开机自动挂载

虽然我们使用外置 ZFSBootMenu 似乎不需要设置 bootfs，但是我没有试过不做这一步的结果，所以就写上了。执行 zpool set bootfs=zroot/ROOT/default zroot 来将 zroot 的 bootfs 设置成我们存放 / 的 dataset。

接下来是非常重要的一步，设置 zroot/ROOT 在 import 时的属性为读写（rw）模式，否则会默认 import 为只读（ro）模式，启动了之后是改不了的——会提示只有 import 的时候才能设置这个 property：

1	zfs set org.zfsbootmenu:commandline="rw" zroot/ROOT

然后是开机自动挂载 zroot：

1	zpool set cachefile=/etc/zfs/zpool.cache zroot

要 enable 一些 service 和 target 才能开机时自动挂载：

1	systemctl enable zfs.target zfs-import-cache.service zfs-mount.service zfs-import.target

根据官方指南还需要设置 hostid，用以下命令生成、写入 /etc/hostid：

1	zgenhostid $(hostid)

4.4 重新生成 initramfs

完成了上面的所有配置之后，就可以重新生成 initramfs 了：mkinitcpio -P。

5. 重启进入系统

首先退出 chroot 环境，回到 archiso 环境，然后卸载并 export zroot——根据官方指南，如果忘了 export 的话，重启之后加载系统的时候会提示该 pool 不能 import，正在被其他系统使用。确实是这样的，包括之前在用的数据盘们所属的 pool，我在做第3步之前没有 export，所以重启之后需要 zpool import --force 才能用回来；但是根文件系统就没办法 “force” 了，所以必须 export。

1 2	zfs umount -a zpool export zroot

接下来用 poweroff 关机，拔掉 archiso，插上第2步制作的 ZFSBootMenu U盘，按开关开机；一切正常的话会正确显示 ZFSBootMenu 的界面，提示倒计时10秒后引导 zroot 上的那个内核。老天保佑一次过，就能成功进入系统了。

6. 重新 import 其他 zpool、把金士顿 attach 组成 mirror pool

之前忘了 export 其他 zpool 的话，开机进系统之后用 zpool import 显示可以导入的 pool，然后通常来说都要 zpool import -f 池子名字 来强制导入的。

接下来用 attach 来将金士顿跟三星组合。根据第3步开头的那些信息（如果不确定，可以用 zpool status -v 来确认 zroot 现在的设备），注意参数顺序，是三星在前面，金士顿在后面：

1	zpool attach -f zroot ata-Samsung_SSD_840_EVO_250GB_S1DBNSAF222103J ata-KINGSTON_SA400S37480G_50026B7380698064

如果拿不准，就先不加-f参数，应该会产生提示信息类似于：“金士顿这个设备上有ext4文件系统，如果确定要使用它的话请加上 -f 参数”。

就搞定了。