仙石浩明の日記

2007年8月24日

Advanced/W-ZERO3[es] アドエスを非常用の起動ディスクにしてみる

ノートPC を持ち歩いていると、たまに起動ディスクが欲しくなる。 カーネルや起動スクリプト、あるいはブートローダなどをいじっていて、 起動しなくなることが (しばしば ^^;) あるからだ。 ハードディスクから起動しなくなってしまうと、 起動ディスクが最後の手段となる (昔のノートPC では、 分解してハードディスクを取り出して内容を修正する、 という手段を使ったこともあったが、 最近のノートだと「ハードディスク保護」の仕掛けがあるようなので難しいだろう)。

昔は起動ディスクと言えばフロッピーディスクだった。 slackware の救急用ディスクを常備していた人も多いだろう。 そして今でも最後の最後の手段としてフロッピーディスクは万能である (実はつい最近、昔の VAIO C1 (無印) をいじっていたら起動しなくなって、 フロッピーディスクのお世話になってしまった)。 最近だとフロッピーディスクドライブがついているノート PC は、 ほとんど皆無だろう。 大抵のノートPC は、 USB 接続のフロッピーディスクドライブを使って起動できるとは思うが、 非常用起動ディスクのためだけにドライブを持ち歩くのもあまり現実的ではない。

フロッピーディスクの次に確実なブート手段というと、 CD/DVD ROM だろう。 CD からブートできない PC は、 さすがに最近ではほとんど見かけなくなった。 前述の VAIO C1 も CD からもブートできるのだが、 ドライブが悪いのか CD が悪いのか分からないが、 読み取りエラーが多発してブートできなかった。 滅多に使わないドライブだと光学系が経年劣化してしまうのか、 いつのまにか使えなくなってしまうので注意が必要である。

CD/DVD ドライブが内蔵のノートであれば、 Knoppix などの 1CD Linux を持ち歩けばよい。 12cm CD を常に持ち運ぶのが面倒という場合は、 名刺サイズの CD-R もある。 職場や自宅に何枚か 1CD Linux を常備している人も多いだろう。

私が普段持ち歩いているノートPC は、 レッツノート CF-R6MWVAJP (CF-W2FW6AXR から乗り換えた) なので CD/DVD ドライブが外付けである。 長期の旅行などでなければドライブを持ち歩くことはない。 なので、CF-W2 から CF-R6 へ乗り換えたのを機に、 非常用起動ディスクとして USB フラッシュメモリを使うようになった。 CD に比べコンパクトな上に起動時間も早いし、 (ライトワンスな CD-R と比べて) 内容の変更も手軽に行なえるので便利である。

しかし便利になると、もっと便利さを求めたくなるのがサガというもので、 USB メモリを常に持ち歩くのが面倒になってきた。 できたら常に持ち歩いているケータイを起動ディスクにできないだろうか?

幸い、私が使っているケータイ Advanced/W-ZERO3[es] (アドエス) は、 WM5torage を使うと、 アドエスを USB 大容量記憶デバイス (USB Mass Storage device) として使うことができるようなので、 syslinux を使って、 アドエスにブートローダを書込んでみると、 あっさり起動ディスクとして使えてしまった。 アドエスには 2GB の microSD を入れてあるので、 その片隅に 1CD Linux を入れておいても容量的には大して問題にならない。 常に持ち歩いているケータイをそのまま非常用の起動ディスクとして使えるので、 とても便利である。

- o -

と、これだけでは内容が無い (^^;) ので、 1CD Linux を USB メモリに入れて使う方法の解説などを... USB メモリへの書込むためのスクリプトを用意している 1CD Linux もあるようだが、 以下に説明するように 1CD Linux の起動の仕組みさえ理解していれば、 必要なファイル (基本的には、 カーネルと initrd と圧縮ディスクイメージの 3 つ) を USB メモリへコピーするだけの作業である。

むしろ CD に書込んで (仮想マシンを使えば書込まずに済むが、 面倒であることにはかわり無い) 1CD Linux をブートさせ、 書込みスクリプトを実行するよりは、 1CD Linux の ISO イメージから必要なファイルを取り出してコピーする方が、 手軽と言えるのではないだろうか? (もちろん万人向けの方法ではないが)

1CD Linux の起動は、おおむね次のようなステップを経る:

  1. BIOS が CD メディア上のブートローダを実行
  2. ブートローダが起動メニュー等を表示
    ユーザがブートパラメータを必要に応じて編集
  3. ブートローダがカーネル (vmlinuz など) と initrd を読み込む
    CD からの読み込みは、BIOS 経由
  4. ブートローダがカーネルを起動
  5. カーネルが initrd を RAM ディスクに展開し、ルートとしてマウント
  6. カーネルが RAM ディスク上の /linuxrc を実行
  7. /linuxrc がブロックデバイスをスキャン
    圧縮ディスクイメージ (/KNOPPIX/KNOPPIX など) が存在する ブロックデバイスを探す
  8. /linuxrc が見つけたブロックデバイスをマウント
  9. /linuxrc がマウントしたファイルシステム上の圧縮ディスクイメージをマウント
  10. /linuxrc の実行が終了すると、 通常の起動プロセス (つまり init の実行) が始まる

1CD Linux を USB メモリに入れるには、 上記ステップ 1. と 8. において、CD ではなく USB メモリが対象となるようにすればよい。 ステップ 1. は、BIOS による CD メディアの認識であり、 ステップ 8. は、カーネルによる CD メディアの認識である。 同じ CD メディアではあるが、認識を行なうプログラムが異なるので、 ステップ 7. で認識可能な全てのブロックデバイスをスキャンして、 自メディアを見つける必要がある。

なお、Puppy Linux の場合は、 ブートパラメータとして PMEDIA= を指定することにより、 スキャンするデバイスの種類を限定できる。 USB メモリに限定したいときは、「PMEDIA=usbflash」を指定すればよい。

スキャンしたデバイスが、 自メディアか否かを確認する方法は様々であるが、 おおむね特定のファイルが存在するか否かで判断している。 例えば、以下のような感じ:

1CD Linux確認方法
Knoppix /KNOPPIX/KNOPPIX knoppix_dir=, knoppix_name= で変更可能
Damn Small Linux /KNOPPIX/KNOPPIX knoppix_dir=, knoppix_name= で変更可能
INSERT /INSERT/INSERT insert_dir=, insert_name= で変更可能
Puppy Linux /pup_216.sfs 「216」の部分はバージョン番号
SLAX /livecd.sgn

ほとんどの 1CD Linux で、 圧縮ディスクイメージ (KNOPPIX, INSERT, pup_216.sfs など) の存在を 調べることによって自メディアを探し出しているが、 SLAX (Linux Live system) のように、 チェック用ファイル /livecd.sgn を CD に置いているケースもある。 /livecd.sgn は 243 バイトほどのファイルで、 以下のような内容である:

All available discs and CDROMs are mounted during the boot process.
When done, linuxrc script is looking for this livecd.sgn file.
It tells linuxrc where to mount the live filesystem from.

Don't delete this file, else your LiveCD won't work.

「Don't delete this file, else your LiveCD won't work.」と書いてある通り、 このファイルが存在しないと、 /linuxrc が SLAX のメディアを見つけられなくなってしまう。

これらの特定のファイルが存在するメディアであれば、 それがブートローダを読み込んだメディアと異なるメディアであっても、 構わず圧縮ディスクイメージをマウントして Linux が起動する。 だから例えば PXE でネットワーク経由 (tftp) で Knoppix のカーネルと initrd を読み込んで、 Knoppix CD メディアから起動させる、といったようなこともできる。 つまり、 カーネルが起動するまで認識できないデバイス (BIOS が USB 接続された CD/DVD ドライブを認識できない場合など) から起動させることが可能になる。

どのように自メディアを確認しているかは initrd の中の /linuxrc を読めば分かるのだが、 サイズ削減のためにカーネルの機能を絞っている場合があるので注意が必要である。 例えばINSERT v1.3.9b の場合、 カーネルが VFAT ファイルシステムをサポートしているにもかかわらず、 「Codepage 437」(VFAT ファイルシステムのデフォルト) をサポートしていないので、 VFAT ファイルシステムをマウントしようとしても失敗してしまう。 つまり圧縮ディスクイメージを VFAT ファイルシステム上に置くことができない。 /linuxrc 中には、

 case "$fs" in vfat)
  # We REALLY need this for INSERT on DOS-filesystems
  shortname="shortname=winnt"
  [ -n "$options" ] && options="$options,$shortname" || options="-o $shortname"
 ;;
 esac
 mount -t $fs $options $1 $2 >/dev/null 2>&1 && return 0

「INSERT on DOS-filesystems」という記述があるにもかかわらず、 カーネルに「Codepage 437」機能を組み込んでいないのはバグだと思われる。 このバグを回避するため、INSERT を USB メモリに入れるのであれば、 (1) USB メモリ全体を (FAT ではなく) ext2 でフォーマットするか、あるいは (2) USB メモリに複数のパーティションを作って、 圧縮ディスクイメージ INSERT を置くパーティションは ext2 でフォーマットする、 などとして カーネルがマウントできるファイルシステム (つまり ext2) 上に、 圧縮ディスクイメージを置く必要がある。 (1) の場合は、ブートローダとして extlinux を使えばよい。 ただし PC によっては、 FAT 以外でフォーマットした USB メモリではブートできない場合もあるので、 (2) のほうがお勧め。

さて、 ステップ 1. の BIOS によるブートローダの実行であるが、 大半の 1CD Linux では CD のブートローダとして isolinux が使われている。 isolinux というのは syslinux に含まれる、 CD-ROM 用のブートローダ。 syslinux には以下のブートローダが含まれる:

ブートローダブートメディア
syslinuxMS-DOS/Windows FAT ファイルシステム
pxelinuxPXE ネットワークブート
isolinuxISO9660 CD-ROM
extlinuxLinux ext2/ext3 ファイルシステム

各ブートローダは、 設定ファイル (isolinux の場合であれば isolinux.cfg) の書式が共通なので、 ブートメディアを変更しても、 設定ファイルはほとんど修正する必要がない。 1CD Linux を USB メモリ (FAT ファイルシステム) に入れる場合であれば、 設定ファイルのファイル名を isolinux.cfg から syslinux.cfg に変更するだけでよい。

1CD Linux から必要なファイルを USB メモリへコピーし、 syslinux コマンドを使ってブートローダを USB メモリへ書込めば、 Linux ブート可能な USB メモリを作ることができる。

参考までに、 私が SLAX 日本語版 を アドエスに入れた例を紹介する。 まず以下のファイルを SLAX 日本語版 CD-ROM からアドエスの microSD へ (WM5torage を activate した状態で) コピーした (もちろん memtest は、使わないならコピーする必要はないし、 起動画面の画像やヘルプ画面も、表示する必要がなければ不要)。

SLAX CD-ROM アドエス microSD
/isolinux.cfg /boot/syslinux/syslinux.cfg syslinux 設定ファイル
/boot/memtest /boot/syslinux/memtest memtest プログラム
/boot/vmlinuz /boot/syslinux/slax/vmlinuz カーネル
/boot/initrd.gz /boot/syslinux/slax/initrd initrd
/boot/splash.cfg /boot/syslinux/slax/splash.cfg SLAX 起動画面
/boot/splash.lss /boot/syslinux/slax/splash.lss SLAX 起動画面の画像
/boot/splash.txt /boot/syslinux/slax/splash.txt F1 を押したときのヘルプ画面
/boot/splash2.txt /boot/syslinux/slax/splash2.txt F2 を押したときのヘルプ画面
/livecd.sgn /livecd.sgn SLAX チェック用ファイル
/base/* /base/* SLAX のベースモジュール
/modules/* /modules/* SLAX のモジュール

syslinux 3.35 から、 設定ファイルをメディアのルートディレクトリだけでなく、 /boot/syslinux ないし /syslinux にも 置くことができるようになった。 microSD のルートディレクトリにたくさんのファイルを置くと混乱の元なので、 /boot/syslinux に置くことにした。 この場合、設定ファイルに相対パス名を書くときは、 設定ファイルを置いたディレクトリからの相対パスとなる。

SLAX CD-ROM の isolinux.cfg は、 カーネルのパス名などを相対パス名で指定しているので適宜修正する。 修正ついでということで、 SLAX 関係のファイルを /boot/syslinux/slax にまとめることにした。 こうすることにより SLAX 以外の 1CD Linux を同居させる際に混乱せずに済む (Knoppix, Damn Small Linux, Puppy Linux, SLAX を全て一本の USB メモリに 入れることも可能)。

また、SLAX 起動画面 splash.cfg は、 ファイル中に起動画面の画像 (四葉のクローバーの絵) splash.lss へのパスを指定しているので、 これも適宜修正する。

ブートローダの書き込みは、 Windows マシンで以下のように実行:

syslinux -ma -d /boot D:

「-ma」は、 「D:」ドライブ (USB フラッシュメモリのドライブ名) に MBR (マスターブートレコード) を書込むための「-m」オプションと、 そのパーティションをアクティブにするための「-a」オプションの指定。 Linux 上で syslinux コマンドを使ってブートローダを書込む場合は、 「-m」オプションが指定できないので、 別途 (dd コマンド等で) MBR を書込む必要がある。

「-d /boot」はブートローダ本体である「ldlinux.sys」を 書込むディレクトリの指定。 どこでもいいのであるが、まあ /boot あたりが無難だろう。 このコマンドを実行すると、 「/boot/ldlinux.sys」というファイルが作られる。

このブートローダは、設定ファイル syslinux.cfg を、 (/, /boot/syslinux, /syslinux の中から) 自動的に探してくれるので、 syslinux.cfg を編集したとしてもブートローダを再度書込む必要はない。 だから、別の 1CD Linux をこの USB メモリに同居させようとする場合は、 カーネルと initrd と圧縮ディスクイメージを適当なディレクトリへコピーし、 syslinux.cfg に必要な変更を加えるだけでよい。

Filed under: ハードウェアの認識と制御 — hiroaki_sengoku @ 07:24

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