LinuxヘッドレスLiveBoot（CentOS編）

本稿は前稿の CentOS版だ。要件定義はおよそ同じだが、LiveBootの実現方法の違いにより、構築手順は大きく異なる。

要件定義

1. 対象機は x86_64（amd64）とする。
2. VGAデバイスは物理的に搭載されていない。GUIも使用しない。よって起動する CentOSはコンソールベースとする。
3. BIOSコンソールリダイレクト機能は対象機材でサポートされているものとする。
4. シリアルコンソールは baud=115.2kで接続する。¹
5. 成果物は ISOイメージとし、CD-R/DVD-Rに焼いて USB-ODDブート（USB光学ドライブ起動）できるものとする。通常は、再起動毎にあらゆる設定や痕跡は完全に忘却される。
6. 他の Linuxマシンを必要とすることなく、一般的な Windowsマシンから既成の USBインストーラを用いて、USBフラッシュドライブに変換できるものとする。この際 persistent領域を設定できなければならない。
7. yum一式を備えている。追加したパッケージや設定は、persistent有効時は維持される。
8. 既定のログインユーザ名は liveuser とし、パスワードも無しとする。ゆえにパスワード無しで sudoできるものとする。（一般的な LiveBootの流儀）
9. 既定のネットワーク設定・接続はオフとする。
10. これらのパスワードやネットワーク設定は persistent有効時には自由に設定変更して永続化することができ、再起動しても設定内容が失われてはならない。

以後は CentOS-7-x86_64-LiveCD-1503.iso をベースにして話を進める。32bit版や CentOS-6でも同様の手順で構築できる。²

Ubuntuでは最終的な rootfsを作るのにオンメモリ（2GiB程度）で作業できたが、CentOS用の rootfsを作成するには作業領域が足りないため、起動用 USBメモリの他に Ext4でフォーマットできるフラッシュドライブや HDDを別途用意しなければならない。なお最終的に出来上がるブータブルイメージは CD-Rに充分格納できるサイズ（640MiB以下）になる。

なお製作時のリファレンス機材には Riava RS670A を使用した。³

シリアルコンソール対応のインストーラUSBメモリを作る

まずヘッドレス環境で使用できる CentOSインストーラを LiveCD ISOイメージから作成する。Windows上でこれを行うには Fedora LiveUSB Creator⁴を使用する。

次に起動メニューを書き換える。LiveUSB Creatorが作成したベースファイルからの相違点はシリアルコンソール設定の追加が主だ。

#serial 0 115200
#console 0

default vesamenu.c32  
timeout 100  
menu background  
menu autoboot Starting CentOS Linux 7 in # second{,s}. Press any key to interrupt.

menu clear  
menu title CentOS Linux 7  
menu vshift 4  
menu rows 12  
menu margin 8  
menu helpmsgrow 15  
menu tabmsgrow 13

menu tabmsg Press Tab for full configuration options on menu items.  
menu separator  
menu separator  
label linux0  
  menu label ^Start CentOS Linux 7 Live
  kernel vmlinuz0
  append initrd=initrd0.img root=live:CDLABEL=LIVE rootfstype=vfat ro rd.live.image quiet rd.luks=0 rd.md=0 rd.dm=0 console=tty0 console=ttyS0,115200n8
  menu default
menu separator  
menu begin ^Troubleshooting  
  menu title Troubleshooting
label check0  
  menu label ^Test this media & start CentOS Linux 7 Live
  kernel vmlinuz0
  append initrd=initrd0.img root=live:CDLABEL=LIVE rootfstype=vfat ro rd.live.image quiet rd.luks=0 rd.md=0 rd.dm=0 rd.live.check console=tty0 console=ttyS0,115200n8
menu separator  
label local  
  menu label Boot from ^local drive
  localboot 0xffff
menu separator  
label returntomain  
  menu label Return to ^main menu.
  menu exit
menu end  

このフラッシュドライブで、Troubleshootingサブメニュー内の Test this media & start CentOS Linux 7 Live を選んで起動しよう。しばらく待っているとログインプロンプトが出現する。ここからは root[ENTER]で rootシェルに入ることが出来る。

rootfsを作成する

この時点で NetworkManager は起動しているので DHCPでのIP取得は既に済んでいるだろう。作業に必要なパッケージを yumで追加する。

LANG=C  
yum install -y squashfs-tools  

作業用の追加ドライブを接続してパーテションをフォーマットし、/mntにマウントしてそこに移動する。ここでは /dev/sdb1とする。

mkfs.ext4 /dev/sdb1  
mount /dev/sdb1 /mnt  
cd /mnt  

起動時のフラッシュドライブは /run/initramfs/liveに ReadOnlyでマウントされているので、これを rwオプションでリマウントして書き換え可能にする。

mount -o rw,remount /run/initramfs/live  
cd /run/initramfs/live  

現在起動している rootfsの実体は /run/initramfs/live/LiveOS/squashfs.imgだ。このファイルを差し替えるのが最終目的だが、これは LiveOS/ext3fs.imgという loopbackファイルを squashfsで圧縮した構造になっている。そこでこれを以下のようにして再現する。rootfs容量はここでは8GiBとするが、適宜任意のサイズに変えても良い。

mkdir -p squashfs-root/LiveOS  
truncate -s $((2**33)) squashfs-root/LiveOS/ext3fs.img  
mkfs.ext4 -L _CentOS-7-livecd squashfs-root/LiveOS/ext3fs.img  

このファイルを loopbackマウントして /mnt/chrootでアクセスできるようにする。

mkdir /mnt/chroot  
mount -o loop squashfs-root/LiveOS/ext3fs.img /mnt/chroot/  

後は yumのグループインストールコマンド一発で、任意の新しい rootfs環境が構築できる。

yum --installroot=/mnt/chroot --releasever=7 -y groupinstall Core  

releaseverオプションに指定する CentOSのバージョンは、/etc/os-releaseファイルを参照すると良い。

rootfsの環境設定

まず各システム領域を chroot内に bindマウントする。そしてダミーの /etc/fstab（中身は空でも良い）を作成しておく。

mount -o bind /dev/ chroot/dev/  
mount -o bind /proc/ chroot/proc/  
mount -o bind /tmp/ chroot/tmp/  
mount -o bind /run/ chroot/run/  
touch chroot/etc/fstab  

initramfsの構築設定ファイルを追加する。これは LiveBoot可能な initramfsを作成するのに必須の設定だ。

hostonly="no"  
add_dracutmodules+="dmsquash-live"  
compress="xz"  

現在起動している LiveCDシステムの、livesysサービスファイルを chroot内にコピーしてサービス登録する。このサービスは初回起動時に liveuserアカウントの作成や rootパスワードの削除処理を行うようになっている。⁵

cp -p /etc/init.d/livesys* chroot/etc/init.d/  
chroot chroot/ chkconfig --add livesys  
chroot chroot/ chkconfig --add livesys-late  

タイムゾーンとロケール情報を設定し、NetworkManagerが初回起動時は起動しないように修正する。

ln -sf ../usr/share/zoneinfo/Asia/Tokyo chroot/etc/localtime

echo "LANG=en_US.utf8" > chroot/etc/locale.conf

chroot chroot /usr/bin/systemctl disable NetworkManager  

Linux kernelモジュールの組み込み

kernelと、その他の追加パッケージをインストールする。

yum --installroot=/mnt/chroot -y install kernel squashfs-tools dump isomd5sum epel-release  

kernelと作成された initramfsを、フラッシュドライブに移動する。rescue関係のファイルは必要ないので削除する。

rm -f chroot/boot/*rescue*  
mv chroot/boot/vmlinuz-* /run/initramfs/live/syslinux/vmlinuz0.new  
mv chroot/boot/initramfs-* /run/initramfs/live/syslinux/initrd0.img.new  

最後にクリーンアップを行ってアンマウントする。rootfsの umount後は fsckで損傷がないかチェックする。

yum --installroot=/mnt/chroot clean all  
find chroot/var/log -type f -exec /bin/truncate -s0 {} \;  
umount chroot/proc/  
umount chroot/dev/  
umount chroot/run/  
umount chroot/tmp/

du -sh chroot/  
720M    chroot/

umount chroot/  
fsck.ext4 squashfs-root/LiveOS/ext3fs.img  

squashfs.img ファイルの作成

こうして出来た rootfsを mksquashfsで圧縮すれば、LiveBoot可能な新しいシステムファイルになる。ただし Ext4フォーマットした loopbackファイルをそのまま圧縮するため、インストール過程で生じた削除ファイルの痕跡などもそのまま残っていて圧縮率が低下してしまう。

mksquashfs squashfs-root squashfs.img.new

ls -lh squashfs.img.new  
-rw-r--r--. 1 root root 474M Jun 24 08:21 squashfs.img.new

これを可能な限り取り除いて圧縮するには、dump/restoreコマンドを経由してファイルシステムを完全に作り直すとよい。ただし dumpコマンドはブロックデバイスしか扱えないので、losetupコマンドを用いて /dev/loopX に loopbackファイルをバインドして指定する。手順は面倒だが、比較するとその効果は絶大だ。

mv squashfs.img.new squashfs.img.nev

yum install -y dump

loopdev=$(losetup -f)  
losetup $loopdev squashfs-root/LiveOS/ext3fs.img  
dump -0z9 -f rootdump $loopdev  
losetup -d $loopdev

ls -lh rootdump  
-rw-r--r--. 1 root root 277M Jun 24 08:30 rootdump

rm -f squashfs-root/LiveOS/ext3fs.img  
truncate -s $((2**33)) squashfs-root/LiveOS/ext3fs.img  
mkfs.ext4 -L _CentOS-7-livecd squashfs-root/LiveOS/ext3fs.img

mount -o loop squashfs-root/LiveOS/ext3fs.img chroot  
(cd chroot/; restore -r -f ../rootdump)
rm -fr chroot/lost+found restoresymtable  
umount chroot

fsck.ext4 squashfs-root/LiveOS/ext3fs.img  
mksquashfs squashfs-root squashfs.img.new

ls -lh squashfs.img.ne?  
-rw-r--r--. 1 root root 474M Jun 24 08:21 squashfs.img.nev
-rw-r--r--. 1 root root 250M Jun 24 08:38 squashfs.img.new

cp squashfs.img.new /run/initramfs/live/LiveOS/  

新 rootfsでの起動テスト

こうして作成した rootfsファイルをブートUSBメモリにコピーして shutdownし、Windows（あるいは他のLinux機）で以下の起動用ファイルを差し替える。

• vmlinuz0.new を syslinux/vmlinuz0 へ
• initrd0.img.new を syslinux/initrd0.img へ
• squashfs.img.new を LiveOS/squashfs.img へ

syslinux/syslinux.cfg は前述のそのままでよいが、今度の起動は通常の Start CentOS Linuxラベルを選択する。ログイン・プロンプトは rootで直接、あるいは liveuser（いずれもパスワード無し）でシェルに入れる。liveuserアカウントは sudoで rootアカウントになれる。

NetworkManagerは停止状態なので、ネットワークに接続するには dhclientで Link Upするか、nmcli/nmtuiでインタフェース設定を行って NetworkManagerを起動する。

sudo -s

systemctl enable NetworkManager  
systemctl start NetworkManager

nmcli connection modify enp2s0 ipv4.method manual ipv4.addresses 192.168.240.101/24 ipv4.gateway 192.168.240.1 ipv4.dns 8.8.8.8

systemctl restart network.service

# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-enp2s0

ISOイメージを作成する

元の ISOの squashfs.img等を差し替えた、新しいISOイメージを作成する。まず作業に必要なパッケージをインストールし、作業領域に ISO内のファイルを展開して ReadOnlyを外す。

mount /dev/sdb1 /mnt  
cd /mnt

# install mkisofs tools
yum install -y mkisofs isomd5sum

# mount image: CentOS-7-x86_64-LiveCD-1503.iso
mkdir loop  
mount /dev/cdrom loop

# copy iso files and modify attributes
cp -rf loop files  
chmod -R +w files/  
umount loop  

フラッシュドライブから先に作成した新しいシステムファイルをコピーする。このときフラッシュドライブ上では /syslinuxに vmlinuz0と initrd0.img ファイルが置かれているが、ISOイメージでは /isolinuxディレクトリになる。⁶

# copy kernel and filesystem
cp -f /run/initramfs/live/syslinux/vmlinuz0 files/isolinux/  
cp -f /run/initramfs/live/syslinux/initrd0.img files/isolinux/  
cp -f /run/initramfs/live/LiveOS/squashfs.img files/LiveOS/  

files/isolinux/isolinux.cfg をシリアルコンソール対応に修正する。最初のシリアルポート設定は BIOSコンソールリダイレクトの有無による。また先に作成した rootfsは SELinuxをサポートするように構築してはいないので、これを無効にする。isolinux/mt86plusについては標準では存在しないが、これについては別稿を参照されたい。

#serial 0 115200
#console 0

default vesamenu.c32  
timeout 100  
menu background  
menu autoboot Starting CentOS Linux 7 in # second{,s}. Press any key to interrupt.

menu clear  
menu title CentOS Linux 7  
menu vshift 4  
menu rows 12  
menu margin 8  
#menu hidden
menu helpmsgrow 15  
menu tabmsgrow 13

menu tabmsg Press Tab for full configuration options on menu items.  
menu separator  
menu separator  
label linux0  
  menu label ^Start CentOS Linux 7 Live
  kernel vmlinuz0
  append initrd=initrd0.img root=live:CDLABEL=CentOS7-liveboot rootfstype=auto ro rd.live.image quiet rd.luks=0 rd.md=0 rd.dm=0 selinux=0 console=tty0 console=ttyS0,115200n8
  menu default
menu separator  
menu begin ^Troubleshooting  
  menu title Troubleshooting
label check0  
  menu label ^Test this media & start CentOS Linux 7 1503 Live
  kernel vmlinuz0
  append initrd=initrd0.img root=live:CDLABEL=CentOS7-liveboot rootfstype=auto ro rd.live.image quiet rd.luks=0 rd.md=0 rd.dm=0 rd.live.check selinux=0 console=tty0 console=ttyS0,115200n8 
label memtest  
  menu label Test ^memory
  kernel mt86plus
  append console=ttyS0,115200n8
menu separator  
label local  
  menu label Boot from ^local drive
  localboot 0xffff
menu separator  
label returntomain  
  menu label Return to ^main menu.
  menu exit

mkisofsコマンドで ISOイメージを作成する。ここではもっともシンプルなオプション構成として GRUB（gfxboot）や EFI対応、Macintosh対応は行ってはいない。注意が必要なのは -Vオプションに渡すCDラベルで、これは kernel起動オプションに記述したのと同じものでなければならない。またこのラベルは最大16文字なのでこれを超えないようにしよう。

find ./files -print | xargs touch -m {} \;  
LANG=C mkisofs -r -J -l \  
  -V CentOS7-liveboot \
  -cache-inodes \
  -b isolinux/isolinux.bin \n
  -c isolinux/boot.cat \
  -no-emul-boot \
  -boot-load-size 4 \
  -boot-info-table \
  -o CentOS7-liveboot.iso \
  ./files

こうして出来た ISOイメージに、それ自体の改竄検出 MD5チェックサムを implantisomd5コマンドで埋め込む。Ubuntuではファイル単位で MD5をチェックしていたが、CentOSではメディアそのものをチェックする。従ってフラッシュドライブではこの仕組は動かない。一方で CD-R等に焼いた際に Write Errorが有っても、メディアの完全性を確認することが出来る。⁷

LANG=C implantisomd5 CentOS7-liveboot.iso  

改竄チェックは checkisomd5コマンドで行える。引数には調べたい ISOファイルか、メディアを挿れた ODDのデバイスファイルを指定すればよい。なお implantisomd5と checkisomd5コマンドは、isomd5sumパッケージに含まれている。⁸

checkisomd5 CentOS7-liveboot.iso  
checkisomd5 /dev/cdrom  

CD-RW/DVD-RWに ISOイメージを焼く

光学メディアへのライティングは、Ubuntuとおなじく wodimコマンドで行える。

yum install -y wodim

# erase CD/DVD-RW media
wodim dev=/dev/sr0 blank=fast

# writing image
wodim -sao -eject dev=/dev/sr0 CentOS7-liveboot.iso

# check image
checkisomd5 /dev/sr0  

こうして作成した光学メディアで ODDブートが正常に行えたら、Test this media & start CentOSラベルで起動してみよう。検査が正常に終了するとログイン・プロンプトに進み、失敗した場合は System Haltするはずだ。⁹

persistentモードを設定する

前述の ISOイメージ/光学メディアで ODDブートが正常に行えたなら、次はその ISOイメージを Live USB Creatorでもって、今度は persistent領域を設定したフラッシュドライブを作成しよう。

persistentモードは kernelオプションの rd.live.overlay=LABEL=LIVEによって有効になる。initramfsは指定された LABELを blkidコマンドで探し、これを /run/initramfs/live/にマウントする。persistent領域ファイルは LiveOSディレクトリ内の overlay-${LABEL}-${UUID}というファイル名で探して、Device Mapperによって snapshotとして /に結合される。これ自体は初期状態では（ファイルシステムではないので）単なる Zero Fillファイルである。

blkid -L LIVE  
/dev/sda1

blkid /dev/sda1  
/dev/sda1: LABEL="LIVE" UUID="0621-6D9B" TYPE="vfat" 

ls -l /run/initramfs/live/LiveOS/  
total 1299100  
-rwxr-xr-x 1 root root      20480 Jun 26 05:26 osmin.img
-rwxr-xr-x 1 root root 1068498944 Jun 30 12:32 overlay-LIVE-0621-6D9B
-rwxr-xr-x 1 root root  261758976 Jun 30 08:26 squashfs.img

Ubuntuと異なり、Device Mapperを使用しているためもあって実際にあとどの程度データが書き込めるか（保存できるか）は dfコマンドでは判断することができない。dmsetupコマンドの statusサブコマンドで、live-rwボリュームの snapshot消費ブロック数（512byte単位）を知ることはできるから、これを利用するしかない。

dmsetup status live-rw  
0 16777216 snapshot 14960/2086912 72

echo | awk '{print 14960/2086912}'  
0.00716849  

また Ubuntuの場合は、persistentファイルは overlayfsで重ねられた独立したファイルシステムであったから、非起動状態のフラッシュドライブから persistent領域内のファイルを抜き出すことは容易だったが、CentOSではこれは容易なことではない。

（現在起動しているのとは別の）フラッシュドライブ内の persistent領域にアクセスするには、以下のようにする。

## 作業領域の準備

cd /mnt  
mkdir media squash rootfs

## フラッシュドライブを作業領域にマウントし、その中の squashfs.imgをマウントする

mount /dev/sdc1 media  
mount -o loop media/LiveOS/squashfs.img squash

## ext3fs.img（readonly）と overlayファイルに loopbackデバイスを割り当てる
## 空きデバイス名は losetup -fで得られる

losetup -f  
/dev/loop6

losetup /dev/loop6 squash/LiveOS/ext3fs.img -r  
losetup /dev/loop7 edia/LiveOS/overlay-LIVE-0621-6D9B

## ふたつのデバイスを束ねて rootfsを再生する

blockdev -q --getsz /dev/loop6  
16777216

dmsetup create live-rootfs --table "0 16777216 snapshot /dev/loop6 /dev/loop7 P 8"

dmsetup status live-rootfs  
0 16777216 snapshot 17312/2086912 80

## あとはfsckしたり・・・

fsck -f -y /dev/mapper/live-rootfs

## dumpしたり・・・
## （squashfs.img作成以後分だけを抜き出すのに /etc/dumpdatesを利用する例）

echo "/dev/mapper/live-rootfs 0 $(LANG=C \  
  date +"%a %b %d %X %z" \
    -r media/syslinux/ldlinux.sys)" >> /etc/dumpdates
dump -u1z9 /dev/mapper/live-rootfs -f rootfsdump

## mountしたり・・・

mount /dev/mapper/live-rootfs rootfs  
ls -a rootfs/home/liveuser

## 作業を終えたら後始末してフラッシュドライブを切り離す

umount rootfs  
dmsetup remove live-rootfs  
losetup -d /dev/loop6  
losetup -d /dev/loop7  
umount squash  
umount media  
rmdir media squash rootfs  

/homeや swapパーテションを設定する

/etc/init.d/livesysを覗いてみると解る¹⁰が、フラッシュドライブの /LiveOSディレクトリに、home.imgファイルがあれば /homeに、swap.imgファイルが有れば swapに、それぞれ自動的にマウントするようになっている。これらのボリュームファイルは以下のようにセットアップする。

## persistentオフの場合はフラッシュドライブを rwリマウントする 
mount -o rw,remount /run/initramfs/live

## 保存領域へcd
cd /run/initramfs/live/LiveOS

## home.img ボリュームの作成（サイズは適宜）
truncate -s $((2**31)) home.img  
mkfs.ext4 -L "home-vol" home.img

## swap.img ボリュームの作成（サイズは適宜）
truncate -s $((2**31)) swap.img  
mkswap -L "swap-vol" swap.img

## あとは特に設定変更もなく再起動するだけ
sync;sync;sync  
reboot

## homeボリュームの有無は losetupで確認できる
## 容量は dfコマンドで把握可能
losetup  
NAME       SIZELIMIT OFFSET AUTOCLEAR RO BACK-FILE  
/dev/loop0         0      0         0  1 /osmin.img (deleted)
/dev/loop1         0      0         0  1 /osmin
/dev/loop2         0      0         0  1 /run/initramfs/live/LiveOS/squashfs.img
/dev/loop3         0      0         0  1 /LiveOS/ext3fs.img
/dev/loop4         0      0         0  0 /LiveOS/overlay-LIVE-748B-70C6
/dev/loop5         0      0         0  0 /run/initramfs/live/LiveOS/home.img

## swapは freeコマンドで容量が確認できる
free  
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        8162140      178452     7610852       16720      372836     7767880  
Swap:        262136           0      262136

ダウンロード

CentOS7-liveboot-20150703.iso 313MiB (md5sum)