Estas líneas surgieron a propósito de una incomodidad: no poder usar UUID para identificar la partición del sistema de archivos raíz en mi Raspberry Pi. Eso me llevó a la sospecha de que para hacerlo funcionar sería necesario crear un sistema inicial de archivos en RAM, más conocido como
. Siguen aquí los pasos para crear esa configuración, que fueron mucho más sencillo de lo que yo esperaba.
ya que resta probar que la configuración sea estable, pero por el momento viene funcionando sin problemas.
Aclaración: si vas a hacer esto, está claro que es por tu cuenta y riesgo. Para hacerlo, es mejor contar con una SD de pruebas, hacer backup y todo lo que consideres apropiado para la integridad de tus datos.
Estas pruebas me llevaron a reforzar más aún un argumento que se está convirtiendo en mi credo: "La pequeña Raspberry Pi se apoya en los hombros de un gigante", ese gigante es Linux, pero también Debian porque en el caso de Raspbian la Raspberry Pi es heredera de las dos décadas de trabajo de la comunidad mundial de Debian. Lo digo, porque para que crear un initramfs sea una tarea simple es porque se pudieron usar las herramientas initramfs-tools de Debian, encargadas de la magia de la trastienda de la creación del initramfs. Sin Linux la Raspberry Pi sería un pedacito de fierro del tamaño de una tarjeta de crédito, y poco más.
Incomodidad inicial
Para experimentar y entender cómo funcionaba el proceso de boot de la Raspberry Pi decidí crear una tarjeta SD (de 512 Mb que me facilitara mi amigo @DiegoRAM). Esa tarjeta SD sólo contiene la partición /boot, que guarda el firmware Raspberry Pi y el kernel Linux. Por cómo es la arquitectura de la Raspberry Pi, hay que recordar que es obligatoria usar una tarjeta SD, con sistema de archivos tipo VFAT.
La partición raíz la instalé en un USB stick de 8Gb ¿El motivo? Sólo experimentar, per-jodere o "Just for fun". Para ciertas configuraciones, en las que se requiera uso intensivo de escritura en el siste de archivos, ej un servidor web que usara un base de datos en la misma Raspberry Pi resultaría conveniente "aislar" las particiones de datos (la raíz y quizá otros F.S como /var) fuera de la tarjeta SD de inicio.
Queda claro entonces que para estas pruebas usé un usb stick (8Gb) pero podría haberse usado un disco duro, por ejemplo.
Cómo crear los sistemas de archivos y copiar los archivos no lo detallo aquí, para no extenderme demasiado. Es simplemente usar herramientas *nix estándar como fdisk, mkfs... rsync. En resumen, tenemos dos particiones creadas, la /boot en la SD 512 Mb y la raíz (/) en el USB stick, ambas con los archivos estándares contenidos en la iso de Raspbian.
La configuración por defecto de los archivos que componen el firmware RasPi y el kernel trae un arhivo llamado cmdline.txt que es el encargado de pasarle los parámetros al kernel, en momento de boot:
pi@raspberrypi ~ $ cat /boot/cmdline.txt.ori
dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait
boot= le indica al kernel dónde debe buscar el File System raíz (/). Por defecto, en la imagen de Raspbian ese F.S está en la segunda partición de la SD, como en este caso ésta no existe le indicamos que la busque en la partición del USB stick:
pi@raspberrypi ~ $ cat /boot/cmdline.txt.ori
dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/sda1 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait
También debe alterarse el /etc/fstab:
proc /proc proc defaults 0 0
/dev/mmcblk0p1 /boot vfat defaults 0 2
#/dev/mmcblk0p2 / ext4 defaults,noatime 0 1
#/dev/sda1 / ext4 defaults,noatime 0 1
UUID=fa5e974b-7360-45c3-9f35-67a090f34bdd / ext4 defaults,noatime 0 1
# a swapfile is not a swap partition, so no using swapon|off from here on, use dphys-swapfile swap[on|off] for that
Como se ve, el montaje de la partición raíz original ( /dev/mmcblk0p2 ) está comentado y reemplazado por el FS contenido en el usb stick.
Mientras hacía esto percibí que muchas personas que utilizan un sistema de archivos externos en la Raspberry Pi en realidad utilizan la partición raíz /dev/mmcblk0p2 (en cmdline.txt) y luego montan el FS raíz en un segundo paso en /etc/fstab. Esto no tiene nada de malo, sólo que agrega un paso extra al proceso de boot. En caso de que el FS root en la SD fallara la RasPi no iniciaría.
Hasta este punto todo funcionaba bien la RasPi booteaba sin problemas, todo funcionaba como de costumbre.
Bien, he aquí cómo se originó el problema. No habría mucho problema siempre y cuando en cmdline.txt pasaramos al kernel el parámetro root=/dev/sda1 o cómo el kernel se dignase de identificar nuestro usb stick. Quien lleve un tiempo usando linux, discos scsi, s-ata o pendrives conocerá, algun problema puede ocurrir: el nombre del dispositivo puede cambiar. Ejemplo si alguna vez booteáramos la RasPi con otro pendrive conectado nada asegurará que nuestro usb stick (o hd) siga llamándose /dev/sda1.
Por eso yo quería usar UUID Universal Unique Identifier (véase http://en.wikipedia.org/wiki/Uuid ). Ese es el modo en que el kernel, en cualquier arquitectura puede identificar un dispositivo de forma más confiable.
Los UUID se pueden ver con blkid:
pi@raspberrypi ~ $ blkid
/dev/mmcblk0p1: SEC_TYPE="msdos" LABEL="boot" UUID="7709-6D92" TYPE="vfat"
/dev/sda1: LABEL="rootfs" UUID="fa5e974b-7360-45c3-9f35-67a090f34bdd" TYPE="ext4"
Aquí vemos que mi FS en el usb stick tiene la UUID=fa5e...blah...blah.
La solución debía ser simple, tan simple como agregar la UUID en el cmdline.txt, inclusive así se menciona en ciertos posts:
cat /boot/cmdline.txt
dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=UUID=fa5e974b-7360-45c3-9f35-67a090f34bdd rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait rootdelay=5
Pero... Así la cosa no funcionaba. El bootloader (configurable a través de cmdline.txt) le pasa el parámetro al kernel, pero este no puede identificar la partición por su UUID. Una vez que el kernel se cargaba, no hay problema en /etc/fstab ese problema no existe.
Luego de investigar un poco llegué a la conclusión que el bootloader no podía pasar así por así la UUID al kernel. Hacía falta un FS de inicio en RAM, más conocido como initramfs o initrd según su variante.
Para llegar a esta conclusión este thread fue fundamental http://forum.stmlabs.com/showthread.php?tid=9966.
Mundo PC / Mundo RasPi
La mayoría de las distribuciones actuales de Linux/GNU utilizan entre las diferentes etapas del proceso de inicio o boot un sistema de archivos en memoria RAM, cuyo objeto es cargar módulos del kernel indispensables para poder continuar con el proceso. De esa forma, la "pisada" del kernel en memoria se reduce porque sólo se van cargando los módulos bajo demanda.
Por defecto, el firmware Raspberry Pi no utiliza un initramfs. Para usar UUID había que crearlo.
Como el kernel stock (por lo menos el de raspbian) no trae por defecto el soporte para initramfs había que compilarlo:
UPDATE 10/10/2013: Hicimos un pedido a los mantenedores del firmware y el kernel Raspberry Pi https://github.com/raspberrypi/linux/issues/392 y muy amablemente y en poquísimos días nos agregaron el feature en el stock kernel de testing. Eso simplifica mucho este proceso porque no se requiere ya recompilar el kernel y además, con sucesivos rpi-updates no vamos a perder el soporte para initrd.
Para bajar el stock kernel de pruebas (3.10.15+) al momento de escribir estas líneas:
# export BRANCH="next" && rpi-update
Luego de clonar el git de desarrollo debe instalarnos el kernel de la rama "next" (testing) con el soporte para initrd, que luego del reboot se puede verificar con:
$ zcat /proc/config.gz | grep -i initr
CONFIG_BLK_DEV_INITRD=y
CONFIG_INITRAMFS_SOURCE=""
El que opte por usar este kernel stock, puede seguir con los pasos descritos en "Creación del initramfs"
Claro, el que por algún motivo lo desee puede seguir construyendo su kernel "custom", con los pasos descriptos abajo.
1) Compilar
En elinux.org, el site con la mejor documentación sobre Rasberry Pi se describe el paso-a-paso para compilar un kernel, inclusive haciendo cross-compilling: http://elinux.org/RPi_Kernel_Compilation
Siguiendo el paso-a-paso del roadmap de la doc que traduzco abajo, compilar en un Debian 386 fue mucho más sencillo de lo que esperaba:
1) Obtener el código fuente del kernel más reciente, con las características del Raspberry Pi (https://github.com/raspberrypi/linux) en este caso bajé el tarball: $wget https://github.com/raspberrypi/linux/archive/rpi-3.6.y.tar.gz
2) Establecer la variable del entorno KERNEL_SRC que apunte al lugar del código fuente: ( e.g. export KERNEL_SRC=/home/me/linux/ )
3) Obtener el compilador para ARM variante raspberrypi (git clone https://github.com/raspberrypi/tools)
4) Establecer variable de entorno CCPREFIX para apuntar a la localización del las herramientas de compilación ( e.g. export CCPREFIX=/home/me/tools/arm-bcm2708/arm-bcm2708-linux-gnueabi/bin/arm-bcm2708-linux-gnueabi- )
5) Desde el directorio donde se ubica el kernel, limpiar con "make mrproper"
6) Copiar la config default de un raspbian, copiando el archivo /proc/config.gz desde un Raspbian corriendo (porque el fs /proc corre en memoria).
7) En el directorio del fuente del kernel zcat config.gz > .config. Y correr "ARCH=arm CROSS_COMPILE=${CCPREFIX} make oldconfig"
8) Modificar la configuración del kernel ya sea alterando .config file o usando "ARCH=arm CROSS_COMPILE=${CCPREFIX} make menuconfig". Deberemos buscar la opción para habilitar initramfs, bajo la sección "General Setup" como se puede ver en la imagen.
9) Construir el nuevo kernel usando "ARCH=arm CROSS_COMPILE=${CCPREFIX} make" (ir por una cervecita)
10) Establecer variable de entorno MODULES_TEMP para apuntar a la localización del fuente ( e.g. export MODULES_TEMP=/home/me/modules/ )
11) Aislar los módulos del nuevo kernel usando "ARCH=arm CROSS_COMPILE=${CCPREFIX} INSTALL_MOD_PATH=${MODULES_TEMP} make modules_install"
12) Desde la ubicación de las herramientas de compilación en el directorio mkimage correr: "./imagetool-uncompressed.py ${KERNEL_SRC}/arch/arm/boot/zImage"
13) Mover el kernel resultante como kernel.img al directorio /boot/ de la raspberry Pi, previamente habiendo guardado una copia del original (mv /boot/kernel.img /boot/kernel.img.stock)
14) Empaquetar los módulos en un archivo (ej. tar) para que queden en el top-level de la jerarquía, con la estructura como sigue:
./firmware
./firmware/brcm
./firmware/edgeport
./firmware/emi26
...
./modules
./modules/3.6.11+
./modules/3.6.11+/kernel
./modules/3.6.11+/kernel/lib
./modules/3.6.11+/kernel/fs
...
15) Mover el archivo con los módulos al directorio raiz de la raspberry Pi y extraerlos, de modo que se sobre-escriban en /lib/firmware y /lib/modules. Previamente hacer backup de esos directorios.
16) Esto no fue necesario porque ya tenía el firmware en /boot (git://github.com/raspberrypi/firmware.git)
17) Transferir el contenido del directorio firmware/hardfp/opt al directorio /opt de Raspberry pi.
18) Reboot de la Raspberry Pi
Creación del initramfs
Ahora se debe crear el initramfs, que gracias a las herramientas provistas por Rasp(DE)bian resulta muy sencillo.
Si no está instalado en la Raspberry vamos a precisar el paquete initramfs-tools:
# aptitude install initramfs-tools
Habiendo booteado con el kernel "custom", verificamos el soporte para initramfs:
root@raspberrypi:~# uname -r
3.6.11
root@raspberrypi:~# zcat /proc/config.gz | grep -i initr
CONFIG_BLK_DEV_INITRD=y
CONFIG_INITRAMFS_SOURCE=""
Nos muestra que este kernel fue compilado con el parámetro de soporte para initrd.
Entonces, a crear la el FS:
# update-initramfs -c -k `uname -r` -v
Aquí el único cuidado es ingresar la versión del kernel "destino" del fs init. Si ya booteamos con el kernel que vamos usar podemos usar uname -r, si no más vale ingresar la versión del kernel a mano.
Eso creará el archivo /boot/initrd.img-3.6.11
El contenido del F.S de inicio se puede ver fácilmente con:
root@raspberrypi:~# lsinitramfs /boot/initrd.img-3.6.11 | less
Ahora debe alterarse el archivo config.txt del firmware Raspberry Pi para usar initramfs, agregamos esta línea:
# Test de initramfs, generado con initramfs-tools de DEBIAN
initramfs initrd.img-3.6.11 followkernel
A pesar de que hay cierta controversia en este punto, si al parámetro initramfs debe pasarsele una direccion
de memoria donde cargar el f.s, la opción followkernel funcionó. Aclaro, usando la versión más reciente del
firmware.
Ahora boot usando UUID (que no funcionaba sin el initrd):
pi@raspberrypi ~ $ cat /boot/cmdline.txt
dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1
root=UUID=fa5e974b-7360-45c3-9f35-67a090f34bdd rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait rootdelay=5
Podemos verificar que haya arrancado:
pi@raspberrypi ~ $ dmesg | grep -i uuid
[ 0.000000] Kernel command line: dma.dmachans=0x7f35 bcm2708_fb.fbwidth=656 bcm2708_fb.fbheight=416
bcm2708.boardrev=0xd bcm2708.serial=0xe90f78bb smsc95xx.macaddr=B8:27:EB:0F:78:BB
sdhci-bcm2708.emmc_clock_freq=100000000 vc_mem.mem_base=0x1ec00000 vc_mem.mem_size=0x20000000
dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1
root=UUID=fa5e974b-7360-45c3-9f35-67a090f34bdd rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait rootdelay=5
Hacerlo requiere un cierto conocimiento y tener un background con Linux, los scripts de Debian initramfs-tools hicieron la cosas mucho más sencilla de lo que habría sido crear un initrd de la nada.
Algo que habrá que tener en cuenta, a partir de este momento habrá que tener cuidado con rpi-update, porque seguro va a sobreecribir el kernel, y los archivos de config.
