Варианты загрузки FreeBSD: ZFS пул без таблиц разделов

В списках рассылки freebsd-fs@ и freebsd-stable@ было несколько жалоб на то, что FreeBSD 8.2 и предыдущие сборки 8-STABLE не грузятся при использовании загрузочного кода zfsboot. Сам я никогда его не использовал, у меня везде "стандартная" схема - GPT + 3 раздела (freebsd-boot, freebsd-swap и freebsd-zfs). Решил я проверить эту проблему.

Почти два дня я провел, совмещая работу и эксперименты в virtualbox'е. И это я ещё не все возможные варианты попробовал. У меня была виртуальная машина с 8.1-STABLE, я обновил её и оставил /usr/obj для установки собранной системы на другие образы дисков.

Первым вариантом для тестирования я выбрал ZFS пул, создаваемый на целом диске без использования таблиц разделов. Выбор пал на такую конфигурацию благодаря одному моему коллеге, которого я уже упоминал как-то в своём блоге. Он написал статью, обобщив свой опыт по установке FreeBSD на ZFS. Он же периодически подкидывает мне ссылки на обсуждение своей статьи. Там-то как раз и обсуждался такой метод установки. Установку можно описать буквально несколькими командами (набираю по памяти, мог что-нибудь забыть):

# zpool create z ad6
# zfs create z/root
# cd /usr/src
# make DESTDIR=/z/root installworld distribution installkernel
# zpool set bootfs=z/root z
# zpool set cachefile=/z/root/boot/zfs/zpool.cache z
# cat > /z/root/boot/loader.conf
zfs_load="YES"
vfs.root.mountfrom="zfs:z/root"
^D
# echo 'zfs_enable="YES"' > /z/root/etc/rc.conf
# touch /z/root/etc/fstab
# zfs set mountpoint=none z
# zpool export z
# dd if=/boot/zfsboot of=/dev/ad6 count=1
# dd if=/boot/zfsboot of=/dev/ad6 skip=1 seek=1024

Проблема подтвердилась сразу. Самое неприятное, что никакого удобного способа отладить загрузочный код я не видел. Единственное, что приходило на ум - читать код и вставлять printf'ы в определённые места, для того чтобы хоть как-то отслеживать процесс выполнения загрузочного кода.

Чтение исходников - это часто бывает полезным. Вот, например, объяснение последних двух команд - почему именно такие параметры? ;) Это можно понять из исходного кода.

Образ загрузочного кода zfsboot состоит из двух частей - zfsboot1 и zfsboot2. Первая часть предназначена для записи в первый сектор диска, куда BIOS обычно передаёт управление для загрузки системы. Грубо говоря, zfsboot1 - это образ MBR с небольшой частью загрузочного кода, который выполняет некоторые стандартные манипуляции для загрузчика, загружает zfsboot2, а так же предоставляет ему некоторые сервисные функции. Написан он на ассемблере. Вторая часть - zfsboot2, написана на Си. Она уже обладает значительно большим функционалом, и размер у неё, соответственно, побольше. В частности, она выполняет поиск ZFS пула и загружает из него zfsloader.

Так вот, первая команда dd выполняет запись zfsboot1 в первый сектор диска. Вторая команда выполняет запись zfsboot2 по смещению в 512 кбайт. Это место внутри ZFS во FreeBSD специально зарезервировано под загрузочный код:

/*
 * Size and offset of embedded boot loader region on each label.
 * The total size of the first two labels plus the boot area is 4MB.
 */
#define VDEV_BOOT_OFFSET        (2 * sizeof (vdev_label_t))
#define VDEV_BOOT_SIZE          (7ULL << 19)                    /* 3.5M */
 

Как видно из комментария, его размер может достигать трёх с половиной мегабайт. На данный момент в 9.0-CURRENT с ZFS v28 его размер чуть больше 32кбайт, но для "ровного" числа  он создаётся размером 64 кбайт, в которых чуть меньше половины забито нулями, + 512 байт от zfsboot1.

Вернёмся к решению проблемы. Как мне стало известно из переписки с людьми, сообщившими о проблеме, не работает zfsboot в 9.0-CURRENT примерно с сентября 2010 года. А именно тогда туда были внесены крупные изменения. Методом printf'а я нашёл, что зависание происходит в функции drvread, которая вызывает код чтения секторов диска из zfsboot1. Сравнив содержимое этой функции с тем, что было до тех изменений было замечено всего одно маленькое отличие.
Я вернул убранную строчку и всё заработало. Попутно, была обнаружена ошибка в ассемблерном коде, появившаяся после внедрения ZFS v28. Сейчас я выполняю дополнительные тесты для проверки, не повлияет ли это изменение на другие варианты загрузки, о которых, возможно, напишу позднее. Для тех, кому нужен загрузочный код zfsboot сейчас, то пропатченную версию из 8.2-STABLE можно взять здесь.

Так же, тестируя уже рабочий код zfsboot'а в virtualbox'е обнаружилась другая проблема - если в системе присутствует несколько дисков, а диск с пулом не является первым в списке BIOS'а, то не удаётся загрузиться выбрав устройство загрузки из меню BIOS'а. Возможно это особенность BIOS'а virtualbox'а. Если кто-то может проверить на реальном железе, буду рад комментарию.