The Error Log

FreeBSD 的版本和安裝映像的格式

FreeBSD 在十月份剛剛發布了新版本 11.0 ，而我的安裝介質是 U 盤，所以用的 是 memstick 映像 （不同安裝映像的區別見 FreeBSD Handbook 2.3.1 ）。

這個 memstick 映像是帶有分區表的完整磁盤映像，使用 file 命令可以看到 分區表是 GPT 格式（以下命令都是在 Linux 下執行的，「❯」和「#」字符是 shell 命令行提示符）：

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❯ file FreeBSD-11.0-RELEASE-amd64-memstick.img
FreeBSD-11.0-RELEASE-amd64-memstick.img: GPT partition table, version 1.0, GUID: fd366718-85e7-11e6-a2f6-002590ec6166, disk size: 1433746 sectors of 512 bytes

所以我們可以用 gdisk 命令看看這個映像上都有哪些分區：

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❯ gdisk FreeBSD-11.0-RELEASE-amd64-memstick.img
GPT fdisk (gdisk) version 1.0.1

Partition table scan:
  MBR: protective
  BSD: not present
  APM: not present
  GPT: present

Found valid GPT with protective MBR; using GPT.

Command (? for help): p
Disk FreeBSD-11.0-RELEASE-amd64-memstick.img: 1433746 sectors, 700.1 MiB
Logical sector size: 512 bytes
Disk identifier (GUID): FD366718-85E7-11E6-A2F6-002590EC6166
Partition table holds up to 4 entries
First usable sector is 3, last usable sector is 1433743
Partitions will be aligned on 1-sector boundaries
Total free space is 0 sectors (0 bytes)

Number  Start (sector)    End (sector)  Size       Code  Name
   1               3            1602   800.0 KiB   EF00
   2            1603            1727   62.5 KiB    A501
   3            1728         1431695   698.2 MiB   A503
   4         1431696         1433743   1024.0 KiB  A502

Command (? for help):

在第一個 Command 提示符處我們輸入 p 命令打印分區表，可以看到一共 四個分區：

1. EFI 系統分區；
2. FreeBSD 啓動分區；
3. FreeBSD 系統分區（「/」目錄）；
4. FreeBSD 交換（Swap）分區。

直接用 dd 命令將這個映像寫到 U 盤上，我們就可以使用 U 盤啓動電腦了（請務 必將 sdb 替換成正確的設備名稱）：

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# dd if=FreeBSD-11.0-RELEASE-amd64-memstick.img of=/dev/sdb bs=1M conv=sync

Live 系統的限制

經由這個 U 盤啓動的電腦會進入一個完整的 FreeBSD 系統（姑且稱之爲 Live 系 統）。我們的安裝目標就是這隻 U 盤，是不是直接用這個 Live 系統就可以了呢？

這取決於我們的需求。這個 Live 系統和許多嵌入式系統類似，根目錄 / 是只 讀的，而且根目錄所在的分區只有不到 700M, 將來更新系統或者安裝新軟件的時候 會非常麻煩。

當然，我們也沒辦法通過執行安裝程序將 FreeBSD 安裝到同一個 U 盤上，所以只 能儘量調整 U 盤上的分區以符合我們的要求。大概有兩個方法：

1. 在 U 盤上新建一個可讀寫的分區，日常使用中新增的數據放到這個分區裡；
2. 調整分區表，將根目錄所在分區擴大，並掛載爲讀寫模式。

爲了最大限度地利用 U 盤，除了 FreeBSD 用到的分區外，我還希望創建一個 NTFS 分區，這樣「理論上」這個 U 盤也可以在其他 Windows/Linux 機器上使用。

既然如此，我決定先嘗試第一種方法，因爲看起來比較簡單。

GPT 分區表的坑

我的 U 盤有 32G 空間，但是上面寫入的分區表只使用了約 700M, 我們來試試創 建一個 4G 大的分區：

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# gdisk /dev/sdb
...（各種信息）...
Command (? for help): n
No table partition entries left

Command (? for help):

這裡的 n 命令就是「新建分區」的意思，但是 gdisk 給我們扔來一條 錯誤信息，說是「沒有分區表條目了」。誒？ GPT 照理說應該能支持四個以上分 區的，這是怎麼回事？

Google 一番之後我在 維基百科 上看到了 GPT 的具體結構，原來 GPT 的 頭部（header）和分區表是分開存儲的。 Header 的大小是固定的，位於第二個 扇區（sector），而分區表由第三個扇區開始，長度是可變的，具體長度由 header 中的一個字段指定。

回顧前面我們用 gdisk 看到的映像分區信息，第一個分區是從第四個扇區 （sector 3）開始的，所以我們只有一個扇區的空間分配給了分區表。每個分區 表條目是 128 字節，所以一個 512 字節的扇區只能保存四個條目。

在這個情況下，要增加分區表條目，就只能將分區表後面的各個分區依次向後移 動，以騰出空間。

既然都要這樣大動干戈了，我還是採用第二種方法，順勢將 FreeBSD 的根目錄 擴大好了。

調整分區

前面已經說過了，我們要進行兩個操作：

1. 把所有分區向後移動，騰出分區表的空間；
2. 擴大 FreeBSD 根目錄所在分區。

我的系統現在是 Linux, 而貌似沒有哪個 Linux 下的磁盤工具提供了「移動 分區以及其中的數據」這樣的功能，所以我們只能親自上陣了。

GPT 分區表的默認條目數是 128, 所以我決定騰出 128 * 128 / 512 = 32 個 扇區的空間。減去已經存在的一個扇區，我們需要將所有分區向後移動 31 個 扇區（我的 U 盤可以採用 512 字節的扇區大小，但是請注意並不是所有存儲 設備都可以，進行計算前請務必確認你的扇區大小）。

在 Linux/Unix 下，「所有硬件設備都是文件」，所以我們可以用讀寫普通文 件的方式去移動分區數據：

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# dd if=/dev/sdb of=./partition_data skip=3 bs=512 count=$((1433743 + 1 - 3)) status=progress
# dd if=./partition_data of=/dev/sdb seek=34 bs=512 status=progress conv=notrunc

第一個命令將 U 盤中所有分區的數據讀出，暫存在 partition_data 文件 內；第二個命令將暫存的數據重新寫入 U 盤，不過與讀出時的位置相比向後偏 移了 31 個扇區。

移動數據之後，分區表也要做相應的修改，才能對應上新的分區位置。我的做 法是用 gdisk 將所有分區刪除，然後再重建，不過起始和結束位置都 +31 （向後移動 31 個扇區）。

現在我們可以修改 GPT header 裡的分區表大小了：

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# gdisk /dev/sdb
...（各種信息）...
Command (? for help): x

Expert command (? for help): s
Current partition table size is 4.
Enter new size (4 up, default 128): 128

Expert command (? for help): w

最後不要忘記用 w 命令寫入更改後的數據。現在我們可以創建最多 128 個分區了。但是在創建任何新分區之前，我們要先擴大 FreeBSD 根目錄所在 的第三個分區，而這個操作需要使用 FreeBSD 系統，因爲用到 FreeBSD 下的 growfs 命令。

我們用調整過的 U 盤啓動電腦，進入 U 盤上的 FreeBSD live 系統（用戶名 是 root, 密碼爲空），先確認一下分區情況（以下命令都在 FreeBSD 下 執行；請注意設備名稱，你的 U 盤不一定是 da0 ）：

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# gpart show /dev/da0

可以看到 freebsd-ufs 分區之後緊跟着一個 freebsd-swap 分區。 Swap 分 區保存的是臨時數據，完全可以刪掉，不過還是讓我們先確認一下該分區有沒 有被掛載：

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# swapinfo

如果這個 swap 分區沒有在 swapinfo 裡列出，我們就可以把它刪除了：

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# gpart delete -i 4 /dev/da0

然後將根目錄所在的分區擴大到 4G （當然你也可以選擇其他大小，如果準 備安裝桌面環境的話需要 2G 以上的空間）：

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# gpart resize -i 3 -s 4G /dev/da0

分區上的文件系統也需要作出調整，才能使用整個擴大後的分區：

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# growfs /dev/da0p3

至此我們已經完成了 U 盤分區的調整。爲了保險起見我們還可以添加一個更 大的 swap 分區：

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# gpart add -t freebsd-swap -s 512M /dev/da0

將根目錄掛載爲可讀寫模式

要將根目錄掛載爲讀寫模式很簡單，進入系統後用 mount 命令重新掛載 一次就可以了：

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# mount -rw /

要在每次啓動時都進入讀寫模式，則需要更改 /etc/fstab 文件：

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/dev/ufs/FreeBSD_Install / ufs ro,noatime 1 1

將這一行選項部分的 ro 改爲 rw 即可：

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/dev/ufs/FreeBSD_Install / ufs rw,noatime 1 1

另外這裡還有一個坑：由於根目錄是只讀的，所以 /var 和 /tmp 目錄被掛載爲 md 文件系統（相當於 ram disk, 見 man mdconfig ）， 大小分別爲 32M 和 20M, 這在很多情況下都不夠用，但是我找了很久都沒發 現這兩個目錄是在哪裡被掛載的， /etc/fstab 根本沒有對應的條目， 直到在 /etc/defaults/rc.conf 裡見到這幾個選項：

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tmpmfs="AUTO"
tmpsize="20m"
tmpmfs_flags="-S"
varmfs="AUTO"
varsize="32m"
varmfs_flags="-S"

看來 FreeBSD 還真是在嵌入式領域有着廣泛應用啊，竟然有兩個 rc 腳本 （ /etc/rc.d/var 和 /etc/rc.d/tmp ）專門處理根目錄爲只讀的 情況。由於我們的根目錄是可讀寫的，而且內核支持更方便的 tmpfs, 我在 /etc/rc.conf 裡將這兩個腳本關掉：

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tmpmfs="NO"
varmfs="NO"

當然 /etc/fstab 也要作出相應調整，將 tmpfs 掛載上去：

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tmpfs /tmp tmpfs rw,nosuid,noexec,mode=01777 0 0
tmpfs /var/tmp tmpfs rw,nosuid,noexec,mode=01777 0 0

這裡的掛載選項是爲了加強安全性，有興趣的同學可以自行 google. 重啓電 腦並選擇用 U 盤引導，我們就有一個與普通硬盤安裝相差無幾的 FreeBSD 系統了。

網絡設置

接下來你可能想要開始用 pkg 或者 ports 安裝軟件了，但是我們 還沒有網絡呢。普通網卡比較簡單，一般只要插上網線然後執行 dhclient 或者用 ifconfig 手動配置 IP 地址就足夠了，這裡主要討論無線網絡的 配置。

我個人不想在 Live 系統的配置文件裡保存特定的網絡信息，因爲這樣 U 盤 插到別的網絡環境中時不夠靈活，所以採用全手動的配置方式。如果你覺得無 所謂，可以按照 官方文檔 進行自動配置。

我們 U 盤上的 FreeBSD 系統在啓動時是默認不啓用無線網絡的，甚至連網卡 驅動都沒有加載，我們首先要確認當前機器上的無線網卡型號：

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# pciconf -lv | grep -A5 -B5 -i wireless

對於最常見的 Atheros 和 Intel 的無線網卡，驅動已經編譯到 FreeBSD 11.0 的默認內核裡了，所以我們不需要做額外操作；對於其他型號的網卡，就可能 需要找一下對應的驅動模塊，然後用 kldload 命令載入。

確認驅動被正確載入之後，我們新建一個名爲 wlan0 的無線設備：

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# ifconfig wlan0 create wlandev ath0

這裡的 ath0 是 Atheros 網卡的默認名稱，可以通過查閱對應驅動的文檔 獲得。此命令成功後再次執行 ifconfig 命令，會列出 wlan0 設備。

然後寫一個關於無線網絡的配置文件：

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# cat << EOF > ./wpa_supplicant.conf
network={
    ssid="<網絡名稱>"
    psk="<WiFi密碼>"
}
EOF

執行 wpa_supplicant 命令進行連接：

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# wpa_supplicant -i wlan0 -c ./wpa_supplicant.conf -B

最後，如果你的網絡使用 DHCP 分配地址，執行 dhclient 獲得一個 IP:

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# dhclient -b wlan0

這時我們的電腦就上線了，可以執行 freebsd-update 和 pkg 之類的在 線工具更新或者安裝軟件。