Raspberry Pi 3のリードオンリー化

Question

Raspberry Pi3を使用した組込みシステムを開発してます。
電源ブチギリ時の保護の為、UnionFSを使用してリードオンリー化を
行おうと思い、

1. RAM-DISK作成
2. SDカードのリードオンリー化

のページを参照しながら、実験していたのですが、
上記の設定後、 $ sudo protect を実行して、
一度目のreboot時には、$ df -h を実行した時に
unionfs-fuseのファイルシステムが見えて、成功したかに
思えたのですが、再度rebootしたところ、起動しなくなり
SDカードの中身を確認したところ、/boot の中身が全て消えていました。
同じような経験をされた方、いらっしゃいませんでしょうか？
どのように解決に導いたか等、ご教示頂けると幸いです。

■ 環境・要求事項
** OS:Raspbian Kernel:4.4.38-v7+
** 保存が必要なデータはUSBメモリに記憶する。
** lazarusで作成したGUI画面を液晶に表示させる。
** Webサーバ(lighttpd)を搭載し遠隔地からステータス表示・制御可能。
** ラズパイのGPIO、GPIO-sirialを使用(外部デバイス制御の為)
** 現在は開発の為、SSH,Sambaを使用しているが実際の使用時には不要。
** 電源ブチギリ時のSDカード保護の為、SDカード全体をリードオンリーにしたい。

■ 発生している問題
** protectで起動した時、bootパーテーションが全て消去されている。
** このとき、rootfsは全て正常でした。

■ 再現手順

1. SWAPサービス無効

$ sudo apt-get install chkconfig
$ sudo chkconfig dphys-swapfile off

1. テンポラリファイル生成抑制

/etc/fstabを以下のように編集

proc            /proc           proc    defaults          0       0
/dev/mmcblk0p1  /boot           vfat    defaults          0       2
/dev/mmcblk0p2  /               ext4    defaults,noatime  0       1
# a swapfile is not a swap partition, no line here
#   use  dphys-swapfile swap[on|off]  for that
# ↓追加
tmpfs  /tmp          tmpfs  defaults,size=32m   0   0
tmpfs  /var/tmp      tmpfs  defaults,size=16m   0   0
tmpfs  /var/log      tmpfs  defaults,size=32m   0   0
tmpfs  /var/www/mrtg tmpfs  defaults,size=2m    0   0

1. 一旦再起動してdf -hでtmpfsができていることを確認

2. unionfs-fuseパッケージインストール

$ sudo apt-get install unionfs-fuse

1. スクリプトのコピー

$ sudo cp /usr/share/doc/unionfs-fuse/examples/S01a-unionfs-fuse-live-cd.sh /etc/init.d/a-unionfs-fuse-live-cd
$ sudo cp /usr/share/doc/unionfs-fuse/examples/rc.local.omit-pid.sh /usr/local/sbin/a-unionfs-fuse-omit-pid.sh

1. /etc/init.d/a-unionfs-fuse-live-cd を以下のようにする

#!/bin/sh

### BEGIN INIT INFO     
# Provides: a-unionfs-fuse-live-cd            
# Required-Start: mountall-bootclean
# Required-Stop:
# Default-Start: S
# Default-Stop:
# X-Start-Before: procps udev-mtab urandom
# Short-Description: UnionFS mode
# Descrition: Shutdown process will not be required 
### END INIT INFO

# Copyright: Bernd Schubert <[e-mail]>
# BSD license, see LICENSE file for details
FUSE_OPT="-o allow_other,use_ino,suid,dev,nonempty"
CHROOT_PATH="/tmp/unionfs"
UNION_OPT="-ocow,chroot=$CHROOT_PATH,max_files=32768"
UBIN=/usr/bin/unionfs-fuse
cd /boot
file=noprotect
if [ -e ${file} ]; then
    echo "${file} exists"
    exit 0
fi
mount -o remount,ro /dev/mmcblk0p1 /boot
mount -t proc proc /proc
mount -t tmpfs tmpfs /tmp
mkdir -p $CHROOT_PATH/root
mkdir -p $CHROOT_PATH/rw
mkdir -p /tmp/union
mount --bind / $CHROOT_PATH/root
$UBIN $FUSE_OPT $UNION_OPT /rw=RW:/root=RO /tmp/union
mount -t proc proc /tmp/union/proc
cd /tmp/union
mkdir oldroot
pivot_root . oldroot
mount -o remount,ro /dev/root /oldroot 
for d in dev run run/lock sys run/shm dev/pts boot 
do
mount --bind /oldroot/$d /$d
done
init q
/usr/local/sbin/a-unionfs-fuse-omit-pid.sh   
 exit 0

1. initスクリプト有効化

$ sudo update-rc.d a-unionfs-fuse-live-cd defaults

1. モード切替スクリプト作成(noprotect)

$ sudo vi /usr/local/bin/noprotec

#!/bin/sh
mount -o rw,remount /boot
cd /boot
if [ -e "protect" ]; then
    rm /boot/protect
fi
if [ -e "noprotect" ]; then
    echo "noprotect mode"
else
    touch /boot/noprotect
    echo "noprotect mode"
fi
mount -o ro,remount /boot

1. モード切替スクリプト作成(protect)

$ sudo vi /usr/local/bin/noprotec

#!/bin/sh
mount -o rw,remount /boot
cd /boot
if [ -e "noprotect" ]; then
    rm /boot/noprotect
fi
if [ -e "protect" ]; then
    echo "protect mode"
else
    touch /boot/protect
    echo "protect mode"
fi
mount -o ro,remount /boot

1. 権限付与

$ sudo chmod a+x /usr/local/bin/noprotect   
$ sudo chmod a+x /usr/local/bin/protect

1. Read Only モードに切り替え、再起動

$ sudo protect
$ sudo reboot

※この再起動時に、通常の再起動より明らかに長い期間があった。
※おそらくここで/bootパーテーションがクリアされていると推測される
※この再起動後、/bootパーテーションは全て消去されており
※この状態で再起動したのでそれ以降起動でき無かった。

Comments

[mt08]

/bootパーティションのファイルが削除されていたとのことですが、rootfsは正常でしたか？ あと、再現性のある手順をかいてもらえれば、確認できそうですが、これだけの情報だと、アドバイスもちょっと難しいかと。

[退会済みユーザー]

追記しました。もっとここを見てほしいとか、ここはどうなってる？とかあればすぐ調べます。

[退会済みユーザー]

上記手順で、２回実行して２回とも同じ結果になりました。

Answer 1

ProgPiさん、

https://github.com/josepsanzcamp/root-ro
というのを見つけて、試してみました。
かかれた手順通りにおこなうことで、簡単にリードオンリーにできました。

こんな感じに構成されます。

pi@raspberrypi:~ $ mount | grep /mnt/root
/dev/mmcblk0p2 on /mnt/root-ro type ext4 (ro,relatime,data=ordered)
tmpfs on /mnt/root-rw type tmpfs (rw,relatime)
overlay on / type overlay (rw,relatime,lowerdir=/mnt/root-ro,upperdir=/mnt/root-rw/upper,workdir=/mnt/root-rw/work)
pi@raspberrypi:~ $ 

2017-03-02-raspbian-jessie.imgで、Chromiumなどの起動でできました。
再起動すると、設定などすべて戻ります。

rwに戻すのも、/boot/config.txtに追加されたinitramfs initrd.gzをコメントアウトして、再起動だけです。

sudo mount -o remount,rw /dev/mmcblk0p1
sudo vi /mnt/boot-ro/config.txt #編集して、
sudo reboot # 再起動

心配な点としては、overlayfsでの書き込まれる部分(upperdir=/mnt/root-rw/upper)が、tmpfsなので、
ログなど増えていく場合は、たまにお掃除しないといけないかな、ってとこですね。(再起動で解決できますが)

↓のようなテストをしましたが、時間が経つと、少しずつ使える領域が減ってますね。

pi@raspberrypi:~ $ cat /dev/zero > aa
cat: write error: No space left on device
pi@raspberrypi:~ $ ls -l ./aa
-rw-r--r-- 1 pi pi 471199744 Apr  5 17:46 ./aa
pi@raspberrypi:~ $ rm -v aa
removed ‘aa’
pi@raspberrypi:~ $ cat /dev/zero > aa
cat: write error: No space left on device
pi@raspberrypi:~ $ ls -l ./aa
-rw-r--r-- 1 pi pi 471052288 Apr  5 17:49 aa

Comments

[退会済みユーザー]

出来ました。
この方法が一番楽ですね。
出来れば再起動はしたくないので、ログを取らない設定に変更するか
もしくは、常設しているUSBメモリに出力先を変更できるか試してみます。

ちなみにaufs+fsprotectでのリードオンリー化はうまくいきました。
ただ、カーネルのクロスコンパイル環境(Ubuntu)そろえたり、
カーネルコンパイルに数時間かかったりとかなり大変でした。
mt08様のご紹介して頂いた方法は数分でできるし、こちらのほうがいいですね。
ありがとうございました。

これからラズベリーパイを使用する方の為に、まとめておきます。

まとめ
Raspberry Pi 3でリードオンリー化する方法
１）UnionFSを使用したリードオンリー化はうまくいかない。
２）aufs+fsprotectを使用したリードオンリー化はうまくいった。
　　参考サイト：
　　　http://blue-black.ink/?page_id=2442
　　　http://blue-black.ink/?page_id=2476
３）mt08様ご紹介の方法(Read-only Root-FS)を使用したリードオンリー化はうまくいった。
　　　https://github.com/josepsanzcamp/root-ro

[退会済みユーザー]

２）の備忘録
　git clone --depth=1 git://github.com/raspberrypi/tools.gitは何故かタイムアウトになりました
　git clone --depth=1 https://github.com/raspberrypi/tools.gitであればうまくいきました。
　あと、クロスコンパイル時に
　tools/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihtf-raspbian/bin
　にパスを通しておくこと

Answer 2

要件（電源ブチ切り）に合うか分かりませんが、以下の方法も参考になるかと思います。
How to build a web kiosk with Raspberry Pi and make the SD read-only.
最近までコメントのやりとりもあるので最新のRaspbian(Lite)でも動作しそうですし、わりとシンプルそうな手順です。

Comments

[退会済みユーザー]

can110さん、ご回答ありがとうございます。試してみます。

[退会済みユーザー]

mmcblk0p1、mmcblk0p2をroにしてしまうと、
電源起動時のＸ立上りタイミングあたり（起動時のログが流れ終わって
Xが起動するために画面が更新されるタイミングあたり）で、画面左上に
点滅する"_"が表示されてそれ以降そこで停止する状態になってしまいました

[8524ba23]

回答にあげたリンク先での２日前のコメントと同じ状況でしょうか？
Try to create a symlink of /home/pi/.local/share/xorg to /tmp とあるので
試してみてはいかがでしょうか。

Answer 3

ProgPiさん、再現させて、確認してみました。

が、結局、この方法での設定はうまくできませんでした。

どういったアプリケーションが動いていて、どのデータを保存しないといけないかわからないので、どうか分かりませんが、別の方法として、基本ro(Read only)で、マウントしてしまって、必要なとこだけ、symlinkをはったりして、rwで扱う、というのはどうでしょうか。
Protect your Raspberry PI SD card, use Read-Only filesystem この辺が参考になるかと思います。

---

一応、確認したことを書いておきます。

• /etc/fstabを変更して、mmcblk0p1を ro にしたところ、/bootのファイルは消えなくなりました。
• が、pivot_root でエラー、/ の変更ができないので、期待通りにunionfsを使用できていません。
• pivot_rootをいじってみましたが、Invalid argumentがでて、結局、うまく動作させられませんでした。
• (pivot_rootのエラー): pivot_root: failed to change root from '.' to 'oldroot': Invalid argument

pi@raspberrypi:~$ sudo systemctl status a-unionfs-fuse-live-cd -l
● a-unionfs-fuse-live-cd.service - LSB: UnionFS mode
   Loaded: loaded (/etc/init.d/a-unionfs-fuse-live-cd)
   Active: active (running) since Tue 2017-04-04 21:19:12 UTC; 3min 3s ago
  Process: 111 ExecStart=/etc/init.d/a-unionfs-fuse-live-cd start (code=exited, status=0/SUCCESS)
   CGroup: /system.slice/a-unionfs-fuse-live-cd.service
           mq130 /usr/bin/unionfs-fuse -o allow_other,use_ino,suid,dev,nonempty -ocow,chroot=/tmp/unionfs,max_files=32768 /rw=RW:/root=RO /tmp/union

Apr 04 21:19:13 raspberrypi a-unionfs-fuse-live-cd[111]: proc is already mounted on /proc
Apr 04 21:19:13 raspberrypi a-unionfs-fuse-live-cd[111]: pivot_root: failed to change root from `.' to `oldroot': Invalid argument
Apr 04 21:19:13 raspberrypi a-unionfs-fuse-live-cd[111]: mount: mount point /oldroot does not exist
Apr 04 21:19:13 raspberrypi a-unionfs-fuse-live-cd[111]: mount: special device /oldroot/dev does not exist
Apr 04 21:19:13 raspberrypi a-unionfs-fuse-live-cd[111]: mount: special device /oldroot/run does not exist
Apr 04 21:19:13 raspberrypi a-unionfs-fuse-live-cd[111]: mount: special device /oldroot/run/lock does not exist
Apr 04 21:19:13 raspberrypi a-unionfs-fuse-live-cd[111]: mount: special device /oldroot/sys does not exist
Apr 04 21:19:13 raspberrypi a-unionfs-fuse-live-cd[111]: mount: mount point /run/shm does not exist
Apr 04 21:19:13 raspberrypi a-unionfs-fuse-live-cd[111]: mount: special device /oldroot/dev/pts does not exist
Apr 04 21:19:13 raspberrypi a-unionfs-fuse-live-cd[111]: mount: special device /oldroot/boot does not exist
pi@raspberrypi:~$

Comments

[退会済みユーザー]

ご確認、及び、ご回答ありがとうございます。
unionfsでの方法は、net上の記事の日付を見る限りraspberry pi 2での
記事と推測されるので、raspberry pi 3ではだめなのかもしれませんね。
現在、aufs(AnotherUnionFS)+fsprotecの方法を試すため、
raspberry pi 3でカーネルコンパイル中(8時間位かかるらしい)なので、
そちらの確認が取れ次第、mt08様に教えていただいたURLの方法も
確認してみたいと思います。

追伸）
今回のシステムでは、書き込みが必要なデータ類は全て
raspberry pi 3にさしたUSBメモリに記憶させる予定ですので、
SDカードは全面ReadOnlyで問題ありません。

[退会済みユーザー]

aufs+fsprotectでの方法は、手順をどこかで間違えたらしく失敗しました。
(コンパイルに8時間と書きましたが、raspberry pi 3では4時間でコンパイルできました)
こちらに関しては再チャレンジしてみるつもりです。

その前に、ご提示頂いたページを、これから確認するところですが、
Using a read-only file system is mostly used for Pi working 24H/7 a day and with console mode only, so if you’re using X11 or graphic interface, I won’t recommend this method because it won’t work.
とあり、GUIを使用する場合には動作しない旨の記載がありました。

[退会済みユーザー]

ああ、すみません。
このページを参考に、全体RO、必要な部分をRWにしてってことですね＞＜
結局のところ、aufsやunionfsなどのROMとRAMを重ね合わせるオーバーレイ機能は不要で
全体をROにして、書込みが必要なところはRW, ログはRAMディスクへという対応を
fstabに記載すれば問題ないってことなのでしょうか？

[mt08]

> このページを参考に、全体RO、必要な部分をRWにしてってことですね＞＜
> ...

はい。基本的にそうなります。
が、GUIアプリケーションなどで、どこに何を書き込まれるか調べるのが面倒...ですね.