在运行的VPS上将ZFS安装到根目录

本指南介绍了如何在不导致数据丢失的情况下，将ZFS安装为包含现有Linux安装的VPS的根文件系统。VPS将有一个小的EXT4引导分区用于GRUB2，其中包含内核和initrd，以及一个启用了压缩的大型ZFS池挂载在根目录上。大多数命令将从Live CD镜像中发出，并且如果VPS不支持挂载ISO镜像，将展示一个解决方法。

目录：

1. 备份数据

2. 启动Live OS镜像

3. 在Live OS环境中安装ZFS

4. 分区VPS磁盘

5. 在VPS磁盘上安装ZFS

6. 将备份恢复到新的ZFS根文件系统

7. 安装 GRUB2

8. 启动进入 ZFS 根池

步骤 1：备份数据

如果你有第二台 VPS 或家用电脑，并且有足够的空间来存储备份数据，请在该电脑上运行以下命令：

# rsync -aqrxz root@target:/ backup.d

其中 target 是要转换的 VPS 的主机名。这将通过 SSH 将整个根文件系统复制到备份机器上，稍后将该备份恢复到目标 VPS 上将非常简单。如果由于空间不足需要压缩备份，你可以选择创建一个压缩的 TGZ 存档：

# ssh root@target "tar -cf - --acls --xattrs --one-file-system --absolute-names /" | gzip -1 >backup.tgz

然而，当从 TAR 存档恢复根文件系统时，需要重新创建所有目标为绝对路径的符号链接，因为 TAR 会将其目标转换为相对路径，因此使用 rsync 是更简单的选择。稍后将展示如何正确恢复 TAR 存档。

步骤 2：启动一个实时操作系统镜像

转换到 ZFS 将从实时 CD 操作系统中进行。根据您的 VPS 控制面板的功能，它可能已经准备好了一个可启动的实时操作系统镜像。或者，您可以从 Debian 镜像 下载一个 Debian 实时 ISO 并上传到您的 VPS 控制面板，然后从那里启动该 ISO；即使您的 VPS 运行的是不同的发行版，这种方法也能正常工作。请务必使用 实时操作系统 ISO 镜像，而不是安装 ISO，因为安装镜像缺少 apt，无法在实时环境中安装必要的软件。如果您的 VPS 控制面板支持从用户提供的 ISO 镜像启动，请跳至 步骤 3，否则您仍然可以通过将交换分区（如果存在）转换为 EXT4 并将 ISO 存储在回收的存储空间中，然后配置 GRUB2 从该 ISO 启动。具体操作如下：

# fdisk --list /dev/vda
磁盘 /dev/vda: 35 GiB, 37580963840 字节, 73400320 扇区
单位：扇区，1 * 512 = 512 字节
扇区大小（逻辑/物理）：512 字节 / 512 字节
I/O 大小（最小/最佳）：512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型：dos
磁盘标识符：0x495b5ce4

设备 启动 起始 结束 扇区 大小 Id 类型
/dev/vda1 * 2048 69203583 69201536 33G 83 Linux
/dev/vda2 69203584 73397887 4194304 2G 82 Linux 交换

该VPS在/dev/vda2上有一个2GB的交换分区，足够存储ISO文件。创建EXT4文件系统，挂载它并下载ISO文件到该分区：

# swapoff /dev/vda2     # 禁用交换分区
# mkfs.ext4 /dev/vda2   # 创建EXT4文件系统
# mount /dev/vda2 /mnt  # 挂载回收的空间
# mkdir /mnt/images/
# wget -O /mnt/images/image_file.iso <image_URL>

然后指示GRUB2从该ISO启动；编辑/etc/grub.d/40_custom文件如下：

#!/bin/sh
exec tail -n +3 $0
# 该文件提供了一种简单的方式来添加自定义菜单项。只需在此注释后输入
# 您想要添加的菜单项。注意不要更改上面的'exec tail'行。

menuentry "Live ISO" {
  set ISOFile="/images/image_file.iso"
  loopback loop (hd0,2)$ISOFile
  linux (loop)/live/vmlinuz boot=live findiso=$ISOFile
  initrd (loop)/live/initrd.img
}

并应用配置

update-grub2

当您重启VPS时，GRUB2菜单将提供从实时镜像启动的选项。然后通过提供商控制面板提供的VNC救援控制台继续操作。

步骤3：在实时操作系统环境中安装ZFS

启动实时操作系统镜像并访问其终端。然后在实时操作系统环境中安装ZFS包：

# echo deb http://deb.debian.org/debian stretch contrib >> /etc/apt/sources.list
# apt update
# apt install zfs-dkms
# modprobe zfs

现在，实时操作系统已具备ZFS内核模块和格式化VPS根文件系统所需的ZFS工具。

步骤4：分区VPS磁盘

分区VPS磁盘有两种替代方案：

1. 如果您将实时ISO存储在/dev/vda2中，现在可能无法更改该分区，因为实时系统依赖于它，并且不会对VPS磁盘进行任何分区操作。ZFS将在现有的/dev/vda2分区上进行格式化，/dev/vda1将保持不变，稍后将被重新用作存储内核和initrd的永久启动分区。跳至步骤5。
2. 如果你的实时环境不依赖于存储在VPS磁盘上的ISO文件，可以通过创建一个小的引导分区用于GRUB2，以及一个大的分区用于ZFS根目录来重新分区磁盘，该分区将扩展到所有剩余的磁盘空间。执行 fdisk 来创建以下两个分区：

   # fdisk /dev/vda
   
   Command (m for help): p
   
   Disk /dev/vda: 35 GiB, 37580963840 bytes, 73400320 sectors
   Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
   Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
   I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
   Disklabel type: dos
   Disk identifier: 0x495b5ce4
   
   Device     Boot    Start      End  Sectors Size Id Type
   /dev/vda1           2048 69203583 69201536  33G bf Solaris
   /dev/vda2  *    69203584 73397887  4194304   2G 83 Linux
   

   创建一个宽度为100MB的主引导分区，并用星号（*）标记为可启动，分区ID = 83（Linux）。它将格式化为EXT4以兼容GRUB2，并包含引导数据。然后为ZFS创建另一个主分区，ID = bf（Solaris）。将更改写入磁盘并关闭fdisk。现在磁盘已正确分区，您可以格式化引导分区：

   # mkfs.ext4 /dev/vda2
   

步骤5：在VPS磁盘上安装ZFS

将/dev/vda1格式化为ZFS卷：

# zpool create -o ashift=12 \
  -O acltype=posixacl -O canmount=on -O compression=zstd \
  -O dnodesize=auto -O normalization=formD -O relatime=on -O xattr=sa \
  -O mountpoint=/ -R /mnt \
  rpool /dev/vda1

这组选项由ZFS文档推荐，以确保与最新及未来磁盘的最高兼容性。选项compression=zstd启用了ZSTD压缩算法，该算法比默认的LZ4具有更高的压缩率，但如果您的VPS具有高磁盘I/O，您可以使用compression=lz4来减少CPU使用率。池被命名为rpool，这是根池最常用的名称。当此命令完成后，rpool将挂载在实时环境的/mnt目录下，如上面-R /mnt选项所指定的那样，但它将在每次后续启动时自动挂载到/。将其挂载到/mnt是必要的，以便从实时环境中将备份恢复到其上。

步骤6：将备份恢复到新的ZFS根文件系统

在实时环境中安装OpenSSH服务器以从备份VPS接收备份数据：

# apt install openssh-server

为简化操作，请在实时环境的 /etc/ssh/sshd_config 中启用 PermitRootLogin yes，然后设置一个安全的 root 密码并重启 OpenSSH：

# passwd
# service restart ssh

并从备份 VPS 启动备份数据的恢复，这将填充挂载在 /mnt 上的 ZFS 根池：

## 从备份 VPS
# rsync -arxz backup.d/* root@target:/mnt/

或者，如果您使用 TAR 创建了备份存档，请使用以下命令进行恢复：

## 从备份 VPS
# cat backup.tgz | ssh root@target "tar -C /mnt -zaxf -"

然而，正如我在 步骤 1 中提到的，在解压时，TAR 会将绝对符号链接的目标路径转换为相对路径；这些符号链接可以通过以下方式全部正确恢复。请注意，如果您没有使用 TAR 备份根文件系统，则无需进行此恢复。从备份 VPS 中，列出存档中包含的所有符号链接：

## 从备份 VPS
# tar -tvf backup.tgz | egrep -- '->' >list_of_symlinks.txt

然后将列表复制到目标 VPS 的 /mnt 目录中，该目录现在包含从备份中重新填充的根文件系统：

## 从备份 VPS
# scp list_of_symlinks.txt root@target:/mnt/root/

在目标 VPS 上，chroot 到 /mnt 并执行此 Bash 脚本来恢复所有绝对符号链接：

## 从 chroot 环境
while read -r row; do
  src=$(echo "$row" | grep -Po '(?<=[0-9]{2}:[0-9]{2} )[^ ]+')
  tgt=$(echo "$row" | grep -Po '(?<= -> ).+')

  echo "linking: $src -> $tgt"
  ln -fs "$tgt" "$src"
done </root/list_of_symlinks.txt

您的根文件系统现已从备份中完全恢复，可以启动，但您首先需要一个可用的引导加载程序。

步骤 7：安装 GRUB2

如果你在 chroot 环境中，请退出并返回到 live 环境。然后将虚拟文件系统绑定到 /mnt 并挂载引导分区：

# mount --bind /dev  /mnt/dev
# mount --bind /proc /mnt/proc
# mount --bind /sys  /mnt/sys
# mount /dev/vda2 /mnt/boot

你可以选择将 /mnt/boot/ 中的任何现有内容复制到新的引导分区。进入根池的 chroot 环境，并在其中安装 ZFS initramfs 钩子、ZFS 内核模块以及生成 initrd 所需的 ZFS 用户空间工具：

# chroot /mnt
# apt install pkg-dev linux-headers-amd64 linux-image-amd64
# apt install zfs-dkms zfs-initramfs

然后安装 GRUB2 包：

# apt install grub-pc
# update-initramfs -u -k all

编辑 /etc/default/grub 以将 ZFS 池设置为根设备，通过修改 GRUB_CMDLINE_LINUX 变量：

## 这是 /etc/default/grub
GRUB_CMDLINE_LINUX="root=ZFS=rpool"

然后应用配置：

# update-grub

最后将 GRUB2 安装到 MBR：

# grub-install /dev/vda

步骤 8：启动到 ZFS 根池

系统已准备就绪，已从备份完全恢复，可以启动。退出 chroot 并卸载所有虚拟文件系统，然后导出 ZFS 根池：

# exit # 退出 rpool chroot
# umount /mnt/dev
# umount /mnt/proc
# umount /mnt/sys
# umount /mnt/boot
# umount /mnt
# zpool export -a

您现在可以从VPS控制面板中移除ISO镜像（如果您使用了此选项），或者从硬盘中删除ISO，并重启系统进入ZFS根池：

# reboot

VPS根文件系统从EXT4转换为ZFS的过程已完成，VPS将像往常一样启动到您之前安装的系统中。