在 ZFS 上安装 Arch Linux

本文详细介绍了在 ZFS 根文件系统上安装 Arch Linux 所需的步骤。

注意： 本指南假定读者对 ZFS 有一定的了解。如果您不熟悉 ZFS，建议首先阅读并理解 ZFS#概念，然后再回到本指南。在现有系统上安装 ZFS 并先熟悉一下命令也可能会有所帮助。

由于 ZFS 内核模块是树外模块（即未包含在主线内核中），并且 Arch Linux 是滚动发布发行版，因此通常会有一段短暂的时间，外部仓库中的内核特定软件包与 Arch 仓库中的软件包不同步。这有时会导致 ZFS 模块（DKMS 软件包）无法使用最新的内核进行编译。如果您始终希望使用最新的内核软件包，那么在 ZFS 上安装 Arch 可能不是理想的选择。

请参阅 ZFS#安装以获取可能的解决方案。

获取安装介质

要在 ZFS 上安装 Arch Linux，您需要使用带有 ZFS 模块的安装介质。最简单的方法是使用替代 ISO (假设您信任此类 ISO)。您也可以使用来自其他支持 ZFS 的发行版的 ISO，例如 Ubuntu 或 NixOS，或者创建自定义镜像（见下文）。

使用包含 ZFS 模块的非官方 archiso

存在一个非官方的 archiso，可以直接使用，无需手动创建完整镜像或在启动后添加 ZFS 模块。但请注意，它仅包含 linux-lts 内核和 zfs-linux-lts 模块。

请参阅 r-maerz/archlinux-lts-zfs。

使用来自其他发行版的 ISO

您也可以选择带有内置 ZFS 模块的 ISO 的发行版，因为大多数发行版都应该打包了 arch-install-scripts。例如，Ubuntu ISO 和 NixOS ISO 都应该可以正常工作。只需记住根据需要更改或跳过安装指南中的某些步骤，例如网络配置。

将 ZFS 模块嵌入到自定义 archiso 中

按照 Archiso 步骤创建功能完善的 Arch Linux Live CD/DVD/USB 镜像。要在镜像中包含 ZFS 支持，您可以从 AUR 构建您选择的 PKGBUILD，或者从非官方用户仓库之一包含预构建的软件包。

使用来自 AUR 的自建 ZFS 软件包

按照正常步骤构建您想要的 ZFS 软件包。如果您不确定，zfs-dkms^AUR 和 zfs-utils^AUR 可能会与您可能希望对 Archiso 镜像执行的最广泛的其他修改兼容。继续设置自定义本地仓库。在您的新配置文件的 Pacman 配置中包含结果仓库。

在要安装的软件包列表中包含构建的软件包。下面的示例假定您只想包含 zfs-dkms^AUR 和 zfs-utils^AUR 软件包。

packages.x86_64

...
zfs-dkms
zfs-utils

如果您包含任何 DKMS 软件包，请确保您还包含 ISO 中包含的任何内核的标头 (linux-headers 适用于默认内核)。

使用 archzfs 非官方用户仓库

将 archzfs 非官方用户仓库添加到您的新 Archiso 配置文件中的 pacman.conf。

将 archzfs-linux 组添加到要安装的软件包列表中（archzfs 仓库仅为 x86_64 架构提供软件包）。

packages.x86_64

...
archzfs-linux

注意： 如果您稍后在运行 modprobe zfs 时遇到问题，您应该在 packages.x86_64 中包含 linux-headers。

完成

无论您从哪里获取 ZFS 软件包，都应最后构建 ISO。

选择启动方法

由于您选择使用的 initrd 工具和引导加载器会影响安装过程的后续步骤，因此您应该在继续安装之前决定使用它们的哪些组合。

Initrd 工具

默认情况下，dracut 和 mkinitcpio 都不支持从 ZFS 根目录启动，因为它们不包含 initrd 中必要的内核模块和用户空间工具。您需要使用 dracut 模块或 mkinitcpio 钩子来制作可以从 ZFS 根目录启动的 initrd。您选择使用的 initrd 工具反过来会影响用于指定 ZFS 根目录的内核参数/cmdlines 的语法。

以下是选项

zfs hook

当使用默认的基于 busybox 的 initrd 时，zfs hook 是唯一的选择。

要配置 zfs hook，只需在您的 mkinitcpio.conf(5) 中在 filesystems hook 之前添加 zfs

可能的内核参数语法为

root=zfs，它使用 bootfs 属性确定根文件系统
root=ZFS=<pool/dataset>，它使用池或数据集作为根目录。当指定池时，根文件系统基于 mountpoint 属性确定
zfs=auto：与 root=zfs 效果相同
zfs=<pool/dataset>：与 root=ZFS=<pool/dataset> 效果相同

此外，可以设置以下内核参数来调整 initrd 的行为

zfs_force=1 使 zpool import 命令使用 -f 标志
zfs_wait=<seconds> 等待设备显示后再运行 zpool import

sd-zfs hook

zfs hook 与基于 systemd 的 initrd 不兼容。相反，您应该使用 sd-zfs hook。

有 2 种选择：一种随 zfs-utils-poscat 从 archlinuxcn 发行，另一种随 mkinitcpio-sd-zfs^AUR^{[失效链接: 软件包未找到]} 发行。前者正在积极维护，而后者似乎已被放弃。

zfs-utils-poscat

要配置此 hook，只需将其添加到 mkinitcpio.conf 的 HOOKS 数组中的任何位置。典型的配置可能如下所示

HOOKS=(systemd sd-zfs autodetect microcode modconf kms keyboard sd-vconsole block filesystems fsck)

支持的 cmdline 格式为

root=zfs，它在 initrd 中导入所有池，搜索第一个设置了 bootfs 属性的池，然后将 bootfs 挂载为根目录。
root=zfs:poolname，它仅导入指定的池，然后将池的 bootfs 挂载为根目录。
root=zfs:poolname/dataset，它仅导入指定的池，然后将指定的数据集挂载为根目录。

注意： sd-zfs 不支持 zfs 原生加密。

mkinitcpio-sd-zfs

有关配置的文档，请参阅 github 仓库。

zfs module

如果相反您想使用 dracut 进行 initrd，那么您应该使用 zfs-utils^AUR 附带的 zfs dracut 模块。查看文档 https://openzfs.github.io/openzfs-docs/man/master/7/dracut.zfs.7.html 了解如何配置 zfs 模块。

引导加载器

由于导入 ZFS 池、挂载根文件系统和 pivot_root 到新根目录的任务都由 UKI 或 vmlinuz+initrd 处理，因此对您可以使用的引导加载器没有任何要求。实际上，即使是 EFI 启动存根也应该足够了，前提是内核参数根据您用于 initrd 的工具进行了正确配置（请参阅上面的#Initrd 工具部分）

注意： 除了 grub2 之外的所有引导加载器都无法从 ZFS 文件系统中读取文件，这意味着除非您使用 grub2，否则您需要将 UKI 或 vmlinuz+initrd 放在引导加载器可读取的单独文件系统上。当使用 UEFI 启动时，您可以重用您的 ESP 来存储它们（实际上建议将您的 UKI 放在 ESP 中），只需记住为您的 ESP 保留足够的空间

使用 GRUB2

Grub2 能够读取 ZFS 文件系统，前提是池的创建仅启用了有限的功能集（请参阅 ZFS#GRUB 兼容的池创建），因此在使用 Grub2 时可以将 UKI/initrd 放在 ZFS 根目录上。

警告： 考虑到 UKI/initrd 应该可以从 ZFS 根目录完全重建（请参阅#支持完整系统回滚的布局），将 UKI/initrd 放在 ZFS 根目录上是否能实现太多功能值得怀疑。此外，Grub2 的 ZFS 实现完全独立于 OpenZFS 实现，其可靠性尚不为人所知。

分区目标驱动器

分区类似于其他文件系统。有关使用什么布局以及如何分区磁盘，请参阅前面提到的分区页面或安装指南。

注意： ZFS 不支持交换文件，并且使用 zvol 进行交换存在明显的缺点：系统可能会在高内存压力下死锁，并且无法休眠到 zvol 交换分区。因此，建议使用单独的交换分区。

支持完整系统回滚的布局

为了能够使用 ZFS 快照所有内容，您需要重建 UKI 或 vmlinuz+initrd（以便您可以回滚您的完整系统状态），您可以使用以下分区布局

不要在 /boot 上挂载任何内容，这样 vmlinuz 将放置在您的根目录上，这是一个 ZFS 文件系统。
如果您使用 UKI，请将 ESP 挂载到 /efi 并将 UKI 目标指向 /efi/EFI/Linux/<image 名称>.efi。
如果您使用 vmlinuz+initrd，请将 ESP(UEFI) 或启动分区(BIOS) 挂载到 /efi 并将 initrd 目标指向 /efi/<initrd 名称>.img。设置一个 pacman 钩子，将 vmlinuz 从 /boot/vmlinuz-* 自动复制到 /efi/。

要执行回滚，只需回滚您的 ZFS 根文件系统，然后重新生成您的 UKI 或重新生成 initrd，然后手动将 vmlinuz 从 /boot/vmlinuz-* 复制到 /efi/。

设置 ZFS 文件系统

在 Live CD 上启用 ZED

由于本指南假定使用 zfs-mount-generator(8)，我们需要在首次启动到我们的系统之前生成 zfs-list 缓存。这需要

在 Live CD 上启用 zfs-zed.service。
使用 touch 为您打算创建的每个池在 /etc/zfs/zfs-list.cache/<池名称> 创建空文件

创建根池

有关详细信息，请参阅 ZFS#创建 ZFS 池。例如，以下命令在分区 /dev/nvme0n1p2 上创建一个名为 rpool 的根池，并将 altroot 属性设置为 /mnt

# zpool create \
         -O acltype=posixacl    \
         -O relatime=on         \
         -O dnodesize=auto      \
         -O normalization=formD \
         -O compression=zstd    \
         -O mountpoint=/        \
         -R /mnt                \
         rpool /dev/nvme0n1p2

提示： 使用 altroot 属性，该属性在池创建或导入期间通过 -R 标志设置，以临时向挂载点添加前缀，以避免遮蔽 live cd 环境

创建文件系统

有关详细信息，请参阅 ZFS#创建数据集。以下是在选择数据集选项和布局时的一些注意事项

大多数属性都从父数据集继承到子数据集，除非显式覆盖。
子级的 mountpoint 属性的默认值为 <父级的挂载点>/<子级的名称>。

安装和配置 Arch Linux

按照安装指南#安装中的安装步骤，在重启之前完成操作。您可能应该使用 linux-lts 内核而不是 linux。

安装 ZFS

按照 ZFS#安装安装 ZFS。

配置 ZFS

按照 ZFS#配置配置 ZFS 相关服务。但请注意

我们正处于 chroot 环境中，所以不要尝试启动 systemd 服务，只需启用它们。
跳过 ZFS#zfs-mount-generator 中的所有步骤，除了启用 zfs-zed.service。我们稍后会填充缓存。

设置 initrd

请参阅 #Initrd 工具以配置您选择的 initrd 生成器。不要忘记通过 mkinitcpio -P 或 dracut --regenerate-all 重新生成 initrd。

填充 zfs-list 缓存

现在退出 chroot。复制 /etc/zfs/zfs-list.cache 到 /mnt/etc/zfs/zfs-list.cache

# cp -r /etc/zfs/zfs-list.cache /mnt/etc/zfs/

这提供了 zfs-mount-generator 所需的缓存。

卸载、导出和重启

卸载所有已挂载的文件系统（假设 altroot 为 /mnt）

# umount -R /mnt

导出所有池

# zpool export -a

重启

# reboot