www.opopop.net Git - reminder/blob - booting_linux_from_a_loop_file_system.mdwn

   1 No general provision seems to exist to boot a Linux system and loop
   2 mount as root a file containing a file system, albeit even more
   3 complex scenarii, involving the device mapper and its implementations,
   4 are supported. It can be useful to have that facility, if
   5 repartitioning or using a live CD is not practical. Of course, this
   6 makes sense mostly if you don't already run Linux on the target host.
   7
   8 So in the example below, I will suppose you want to mount a root file
   9 system contained in a NTFS file. This NTFS file is part of an
  10 underlying Windows machine. Except for the creation of that NTFS
  11 file, the rule of the game is to not have to use Windows for the
  12 installation step and to not mess with the Windows setup, especially
  13 not it's boot process. Booting will happen through an external device
  14 (network, CD or USB stick).
  15
  16 # Similar approaches
  17
  18 The above constraint obviously rules out approaches such as
  19 [CoLinux](http://www.colinux.org/) and
  20 [friends](http://www.topologilinux.com). Other methods which run
  21 the installer on Windows such as [Wubi](http://wubi.sourceforge.net) or the [Debian Windows installer](http://en.wikipedia.org/wiki/Win32-loader_(Debian\)) are also out, even if they probably use the
  22 same kind of tricks which I will describe below. So this was actually
  23 a way for me to learn these!
  24
  25 # Booting principles
  26
  27 The current standard way of booting Debian is recalled briefly:
  28
  29 1. the boot loader (GRUB) loads the kernel image and an initramfs file (line initrd in the GRUB configuration)
  30 1. the boot loader uncompresses the kernel and pass control to it
  31 1. the initramfs file (a cpio gzipped archive) is uncompressed and mounted as the root file system
  32 1. /sbin/init is run and does it's job: essentially loading needed
  33 kernel modules which have been prepared inside the initramfs and which
  34 are needed for mounting the real root file system, which name is given
  35 by kernel options root=
  36 1. the real root file system is mounted, presence of initramfs is cleaned up
  37 and control is passed to the /sbin/init there
  38
  39 More information about initramfs and it's predecessor initrd can be
  40 found on [Wikipedia](http://en.wikipedia.org/wiki/Initrd).
  41
  42 Our strategy will be to modify the initramfs file system content to be able to
  43 loop mount an NTFS file. But first, you will have to create and populate that file.
  44
  45 # Installing a Linux root file system in a NTFS file
  46
  47 The Debian installer has no direct option for that. You could proceed
  48 as follows, in case you have only one file system and no swap:
  49
  50 1. create some big NTFS file, say /somedir/myownrootfs; this is the only step requiring running Windows
  51 1. boot a Debian installer CD, and start a shell when asked to define the root partition
  52 1. mount the NTFS partition, and create a file system on /somedir/myownrootfs
  53 1. exit the shell and continue the installation as normal, naming /somedir/myownrootfs as the root partition and giving the loop option
  54 1. at the end of the installation, don't let GRUB write on your NTFS partition
  55
  56 If you want swap or separate file systems for /usr, /home..., you will have to adapt the above procedure.
  57
  58 # Booting in a Linux system whose root file system is a NTFS file
  59
  60 At that point, your only option to boot in the previously installed
  61 system is to run the CD installer in rescue mode, loop mount the NTFS
  62 file and pivot_root in it. You will have to do that at least once, as
  63 the following procedure requires modifications to some files inside
  64 /somedir/myownrootfs, and running a command to generate a new
  65 initramfs while the system is live.
  66
  67 So from now on, I will suppose you have booted in your system as
  68 explained just above.
  69
  70 # initramfs-tools
  71
  72 The Debian specific package initramfs-tools contains all that is
  73 necessary to manipulate and build the initramfs file. The man page of
  74 initramfs-tools explains the organization of the Debian initramfs. In
  75 particular, /etc/initramfs-tools is where to put host specific scripts
  76 to run inside initramfs, while /usr/share/initramfs-tools contains
  77 generic stuff.
  78
  79 You are encouraged to explore the initramfs file created by the
  80 installation process (called like /boot/initrd.img-2.6...) to
  81 understand fully how the following works.
  82
  83 # Modifying initramfs content
  84
  85 The root file system is to be given as the root= option for the
  86 kernel, normally a partition name. In our case, we need 2 pieces of
  87 information: the name of the file containing the root file system and
  88 it's NTFS partition name. So we need to add an additional kernel
  89 option providing that file name; I will use loop=/somedir/myownrootfs,
  90 while the NTFS partition will be called /dev/sdb5.
  91
  92 This implies editing the GRUB configuration file, for instance the kernel line would  be like:
  93     <pre>
  94     kernel ... root=/dev/sdb5 loop=/somedir/myownrootfs ...
  95     </pre>
  96
  97 Now the modifications to /etc/initramfs-tools:
  98
  99 * File /etc/initramfs-tools/modules:
 100     <pre>
 101     loop
 102     ntfs
 103     </pre>
 104
 105 This ensures loop.ko and ntfs.ko are included in initrd.
 106
 107 * File /etc/initramfs-tools/scripts/init-top/loopboot:
 108      <pre>
 109      #!/bin/sh
 110      PREREQ=""
 111      prereqs()
 112      {
 113          echo "$PREREQ"
 114      }
 115      case $1 in
 116      # get pre-requisites
 117      prereqs)
 118          prereqs
 119          exit 0
 120          ;;
 121      esac
 122      [ -d ${rootmnt}2 ] || mkdir --mode=0700 ${rootmnt}2
 123      </pre>
 124
 125 This ensures some intermediate mounting point /root2 is created
 126 (rootmnt having value /root from /sbin/init).
 127
 128 * File /etc/initramfs-tools/scripts/local-premount/loopboot:
 129      <pre>
 130      #!/bin/sh
 131      PREREQ=""
 132      prereqs()
 133      {
 134          echo "$PREREQ"
 135      }
 136      case $1 in
 137      # get pre-requisites
 138      prereqs)
 139          prereqs
 140          exit 0
 141          ;;
 142      esac
 143      modprobe -k ntfs
 144      mount -n -t ntfs -o nodiratime,noatime ${ROOT} ${rootmnt}2
 145      modprobe -k loop
 146      mount -n -t ext2 -o loop ${rootmnt}2${loop} ${rootmnt}
 147      </pre>
 148
 149 This loop mounts effectively the file from loop= option at the
 150 expected point. Notice that I have here hardcoded the file system
 151 types. It's certainly possible to autodetect them, but then a larger
 152 set of file systems modules are to be included in
 153 /etc/initramfs-tools/modules
 154
 155 # Creating a bootable device
 156
 157 Now you have to run update-initramfs to get the new
 158 initrd.img-2.6... file in place. At that point, if you want to reboot
 159 without the installer CD, you have these choices:
 160
 161 * create a bootable device: USB stick, CD-ROM... including the kernel
 162   image and initramfs file; GRUB on that device has to be configured
 163   to load it from there
 164 * in case of network booting, upload kernel
 165   image and initramfs file to another host
 166   configured as a bootp or dhcp server. For how
 167   to do that, see for instance [[booting_linux_through_the_network]]
 168
 169 Notice how the /boot directory content on /somedir/myownrootfs will
 170 never be used when booting; it is only there to feed the booting
 171 method just chosen.
 172
 173 For the sake of completeness, here is how to create an iso for a bootable CD-ROM:
 174
 175 1. install package grub-rescue; it contains an iso file
 176 /usr/lib/grub-rescue/grub-rescue-cdrom.iso
 177 1. mount that iso as e.g. /media/cdrom
 178 1. copy all the content of /media/cdrom to a temporary place, e.g. /tmp/newiso,
 179 while keeping the permissions of the files and directories
 180 1. you can now unmount /media/cdrom
 181 1. in /tmp/newiso, you can remove boot.catalog, but add to it kernel
 182   image and initramfs file
 183 1. in /tmp/newiso/boot/grub, edit grub.cfg to boot from
 184 the 2 files just added above, which would look like:
 185     <pre>
 186     menuentry "GNU/Linux" {
 187            set root=(cd)
 188            linux /vmlinuz root=/dev/sdb5 loop=/somedir/myownrootfs
 189            initrd /initrd.img
 190     }
 191     </pre>
 192 1. create a bootable iso with a command like:
 193     <pre>
 194     genisoimage -o /tmp/new.iso /tmp/newiso
 195     </pre>
 196 1. burn the iso:
 197     <pre>
 198     wodim /tmp/new.iso
 199     </pre>
 200
 201 # The moment of truth
 202
 203 Then, you can reboot with the just burned CD. In case of problems,
 204 [use the break= or debug
 205 kernel options](http://wiki.debian.org/InitramfsDebug).
 206
 207 # Several partitions inside NTFS
 208
 209 If you have separate /var, /usr or /home partitions as loop filesystems inside the NTFS partition, you will certainly not get a full boot at the first trial. Let's see why.
 210
 211 When you initramfs has run pivot_root to switch to the final / partition inside the NTFS partition, the new /sbin/init loses all knowledge that the NTFS partition is actually mounted and must rely on information in /etc/fstab to mount the remaining /var, /usr or /home. Obviously, the entry for these partitions will be some loop file mount from the NTFS partition, which must be mounted **first**.
 212
 213 Because the order of mounting the filesystems in /etc/fstab is random, you have to force mounting the NTFS partition first (which was already mounted inside initramfs, remember; doesn't you head spin now?). Here is a diff from a Squeeze installation which shows my hackish solution:
 214
 215 <pre>
 216 $ diff -C 2 /etc/init.d/checkfs.sh /etc/init.d/checkfs.sh-O
 217 *** /etc/init.d/checkfs.sh      2012-02-09 18:19:55.000000000 +0100
 218 --- /etc/init.d/checkfs.sh-O    2011-01-01 06:55:27.000000000 +0100
 219 ***************
 220 *** 140,145 ****
 221   }
 222
 223 - mount -a -t ntfs
 224 -
 225   case "$1" in
 226     start|"")
 227 --- 140,143 ----
 228 $ diff -C 2 /etc/init.d/mountall.sh /etc/init.d/mountall.sh-O
 229 *** /etc/init.d/mountall.sh     2012-02-09 18:17:40.000000000 +0100
 230 --- /etc/init.d/mountall.sh-O   2011-01-01 06:55:27.000000000 +0100
 231 ***************
 232 *** 28,32 ****
 233         #
 234         mount_all_local() {
 235 !           mount -a -t nontfs,nfs,nfs4,smbfs,cifs,ncp,ncpfs,coda,ocfs2,gfs,gfs2 \
 236                 -O no_netdev
 237         }
 238 --- 28,32 ----
 239         #
 240         mount_all_local() {
 241 !           mount -a -t nonfs,nfs4,smbfs,cifs,ncp,ncpfs,coda,ocfs2,gfs,gfs2 \
 242                 -O no_netdev
 243         }
 244 </pre>
 245
 246 # Related links
 247
 248 * comparing initramfs with an [alternative](http://wiki.debian.org/InitrdReplacementOptions)
 249 * what is said about initramfs by the [Debian competition](http://en.gentoo-wiki.com/wiki/Initramfs)
 250 * as noted at the beginning, there is support in initramfs-tools for the
 251 [device mapper](http://linuxgazette.net/114/kapil.html), so
 252 a more generic solution to the problem solved here
 253 may involve some work on top of that, such as [dm-loop](http://sources.redhat.com/lvm2/wiki/DMLoop)