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マウント方式とOverlayFSの併用によるLive CD化

透過ファイルシステムに読み込みアクセスがあると、カーネルは、まずは上層ファイルシステムからそのファイルを探します。 上層ファイルシステムにファイルがあればそれを読み出し、なければ下層ファイルシステムのファイルを読み出します。 下層ファイルシステムにもファイルが存在しない場合は、Not Foundとなります。

透過ファイルシステムに書き込みアクセスがあると、カーネルは上層ファイルシステムに対して書き込みを行います。 その後、そのファイルへの読み込みアクセスがあると、当然、上層ファイルシステムから読み出されます。

つまり、上層ファイルシステムが優先された多層のファイルシステムというわけです。

透過ファイルシステムの用途は主に2つあります。 1つ目はLinuxのLive CDのような読み込み専用のメディアから起動できるLinuxシステムを作ることです。 2つ目はファイルシステムの『ある時点』からの差分、つまり、スナップショットを取ることです。

本ウェブサイトの目的は1CD Linuxを作ることですので、ここでは1つ目のLive CD向けの利用方法についてのみもう少し解説します。

Live CD向けに利用する場合には、下層ファイルシステムにはCD-ROMのようなリードオンリーのファイルシステムを配置します。 そのファイルシステムには、Linuxシステムを格納しておきます。

上層ファイルシステムには、書き込み可能なファイルシステムを配置します。 通常は、メモリをファイルシステムとして利用できるよう tmpfs を使いますが、USBフラッシュメモリを使う場合もあります。

これらのファイルシステムを重ねて透過ファイルシステムを作成する処理は、初期RAMディスクの /init に記述します。 透過ファイルシステムが作成できたら、/init は、その透過ファイルシステムにスイッチルートします。

スイッチルート後は、まるでCDが書き込み可能となったかのようにシステムが動作します。 読み込みはCDから行われ、書き込みはメモリやUSBフラッシュメモリ上のファイルシステムに行われるためです。 もちろん、書き込みエラーなどは発生しません。

透過ファイルシステムには、UnionFS、aufs、OverlayFSなどがありますが、本ウェブサイトではOverlayFSを使用します。

なお、新システムでOverlayFSの機能が使えるのは、カーネルコンフィグレーションで以下のように設定したためです。

File systems --->
↓
Overlay filesystem support

初期RAMディスクを展開します。

rm -vfr $MYLINUX/tmp/initrd
mkdir -vp $MYLINUX/tmp/initrd
pushd $MYLINUX/tmp/initrd
zcat $MYLINUX/boot/initrd.img-4.0.4 | cpio -i --make-directories
popd

rm -vfr $MYLINUX/tmp/initrd mkdir -vp $MYLINUX/tmp/initrd pushd $MYLINUX/tmp/initrd zcat $MYLINUX/boot/initrd.img-4.0.4 | cpio -i --make-directories popd

ディレクトリを新たに作成します。

mkdir -vp $MYLINUX/tmp/initrd/cdrom
mkdir -vp $MYLINUX/tmp/initrd/overlay

mkdir -vp $MYLINUX/tmp/initrd/cdrom mkdir -vp $MYLINUX/tmp/initrd/overlay

/cdrom は、起動用CDをマウントするために使います。 /overlay は、tmpfs をマウントするために使います。

新たに必要になる実行ファイルをコピーします。

cp -va $MYLINUX/bin/mkdir $MYLINUX/tmp/initrd/bin/

cp -va $MYLINUX/bin/mkdir $MYLINUX/tmp/initrd/bin/

上記のように、mkdirのみをコピーします。

初期RAMディスク用のinitを作り直します。

cat > $MYLINUX/tmp/initrd/init << "EOF"
#!/bin/bash
export PATH="/sbin:/bin"

echo
echo "My Linux initrd"
echo

mount -t proc     proc /proc
mount -t sysfs    none /sys
mount -t devtmpfs none /dev

CDROM=`grep -i "drive name" /proc/sys/dev/cdrom/info | sed -e 's/drive name.*[ \t]//'`

mount -o ro /dev/$CDROM /cdrom

mount -t tmpfs tmpfs /overlay

mkdir /overlay/upper
mkdir /overlay/work

mount -t overlay overlay -o lowerdir=/cdrom,upperdir=/overlay/upper,workdir=/overlay/work /newroot

mkdir /newroot/overlay

mount --move /overlay /newroot/overlay

umount /sys
umount /proc

exec /sbin/switch_root /newroot /sbin/init
EOF
chmod 0755 $MYLINUX/tmp/initrd/init

cat > $MYLINUX/tmp/initrd/init << "EOF" #!/bin/bash export PATH="/sbin:/bin" echo echo "My Linux initrd" echo mount -t proc proc /proc mount -t sysfs none /sys mount -t devtmpfs none /dev CDROM=`grep -i "drive name" /proc/sys/dev/cdrom/info | sed -e 's/drive name.*[ \t]//'` mount -o ro /dev/$CDROM /cdrom mount -t tmpfs tmpfs /overlay mkdir /overlay/upper mkdir /overlay/work mount -t overlay overlay -o lowerdir=/cdrom,upperdir=/overlay/upper,workdir=/overlay/work /newroot mkdir /newroot/overlay mount --move /overlay /newroot/overlay umount /sys umount /proc exec /sbin/switch_root /newroot /sbin/init EOF chmod 0755 $MYLINUX/tmp/initrd/init

上記ファイルの変更点について詳しく見てみましょう。

まず、

mount -o ro /dev/$CDROM /cdrom

は、光学ドライブのメディアを /cdrom にマウントしています。 当然ですが、/cdrom はリードオンリーであり、書き込みはできません。 なお、このファイルシステムは、下層ファイルシステムとして利用します。

次の、

mount -t tmpfs tmpfs /overlay

は、/overlay にtempfs のファイルシステムをマウントしています。 なお、tempfs はメモリを使用した一時的なファイルシステムです。

つまり、書き込み可能なファイルシステムが作成されたことになります。

続く、

mkdir /overlay/upper
mkdir /overlay/work

は、/overlay に2つのディレクトリを作成しています。 なお、upper は上層ファイルシステムとして利用するためのもので、work はカーネルが透過ファイルシステムの作業用に利用します。

もちろん、どちらのディレクトリも、/overlay の下にあるため書き込みが可能です。

次の、

mount -t overlay overlay -o lowerdir=/cdrom,upperdir=/overlay/upper,workdir=/overlay/work /newroot

の部分が、肝心の透過ファイルシステムの作成部分です。 上記のコマンドにより、/cdrom と /overlay/upper が重ねられた新たな透過ファイルシステムが作成され /newroot にマウントされます。 なお、/cdrom が下層ファイルシステムであり、/overlay/upper が上層ファイルシステムです。

つまり、/newroot 以下を参照すると /cdrom の中身である光学ドライブのメディアの内容に、/overlay/upper の内容が重ねられたものが見えます。 また、/newroot 以下に何かを書き込むと、実際の書き込みは /overlay/upper に対して行われます。

その次の、

mkdir /newroot/overlay

は、透過ファイルシステムの中に overlay というディレクトリを作成しています。

さらにその次の、

mount --move /overlay /newroot/overlay

は、とても重要です。 これは、ファイルシステムのマウントポイントを移動する処理です。

なぜ、/overlay を /newroot 以下に移動させたのか。 それは、スイッチルート後にも 上層ファイルシステムである /overlay/upper が見えるようにするためです。

この後の処理で、スイッチルートによりルートファイルシステムが /newroot に切り替わります。 そうすると、/overlay は見えなくなるのです。 上層ファイルシステムである /overlay/upper にはルートファイルシステムへ書き込まれた内容が保持されています。

大切なデータである /overlay/upper が見えなくなると困りますので、スイッチルート後にも参照できる /newroot/overlay に移動させています。

初期RAMディスク作成用のファイルツリーを、初期RAMディスクに戻します。

pushd $MYLINUX/tmp/initrd
find . | cpio -R 0:0 -o -H newc | gzip > $MYLINUX/boot/initrd.img-4.0.4
popd

pushd $MYLINUX/tmp/initrd find . | cpio -R 0:0 -o -H newc | gzip > $MYLINUX/boot/initrd.img-4.0.4 popd

初期RAMディスクをマウント方式向けの配布用ファイルツリーにもコピーします。

rm -vf $MYLINUX/isolinux/rootforcdrommount/boot/initrd.img-4.0.4
cp -va $MYLINUX/boot/initrd.img-4.0.4 $MYLINUX/isolinux/rootforcdrommount/boot/

rm -vf $MYLINUX/isolinux/rootforcdrommount/boot/initrd.img-4.0.4 cp -va $MYLINUX/boot/initrd.img-4.0.4 $MYLINUX/isolinux/rootforcdrommount/boot/

不要になった初期RAMディスク作成用のファイルツリーを削除します。

rm -vfr $MYLINUX/tmp/initrd

rm -vfr $MYLINUX/tmp/initrd

では、ISOイメージを作成します。

mkisofs \
  -o $MYLINUX/isolinux/mylinux.iso \
  -b isolinux.bin \
  -c boot.cat \
  -L \
  -J \
  -R \
  -no-emul-boot \
  -boot-load-size 4 \
  -boot-info-table \
  $MYLINUX/isolinux/rootforcdrommount

mkisofs \ -o $MYLINUX/isolinux/mylinux.iso \ -b isolinux.bin \ -c boot.cat \ -L \ -J \ -R \ -no-emul-boot \ -boot-load-size 4 \ -boot-info-table \ $MYLINUX/isolinux/rootforcdrommount

前の記事の時と同じオプションで実行しています。

前の記事の時と同じ手順でISOイメージファイルをCD-Rへ書き込んでください。

動作テストが完了したら、透過ファイルシステムの上層ファイルシステムである /overlay/upper を見てみましょう。

find /overlay/upper

find /overlay/upper

以下のようにファイルが作成されていることがわかります。

...(省略)...
/overlay/upper/run/klogd.pid
/overlay/upper/run/syslogd.pid
/overlay/upper/run/mount
/overlay/upper/run/mount.utab
/overlay/upper/run/utmp
/overlay/upper/overlay

これらのファイルは、ルートファイルシステムに対して書き込みが行われたことで作成された起動用CDとの差分、つまり、スナップショットです。