【树莓派】SD卡系统备份

Author： Rehtt
发布时间：January 9, 2022
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Categories：树莓派笔记 Linux笔记

# 0x00 前言

一般常见简单的备份方式是是使用Win32DiskImager备份，但是有几个缺点：

1. 整卡备份，Win32DiskImager会将SD卡内的所有区块都会备份下来，就类似Linux的`dd`命令。一个SD卡是16G但里面的数据只有100M，那么备份下来的文件就是16G，生成的备份文件大小就是SD的大小，这无疑浪费了空间
2. 备份时间长，前面提到Win32DiskImager会将SD卡的所有块都备份下来，因此备份时间也就长了。
3. 恢复时卡的容量必须要和备份文件大小一致或更大，这样就会造成一个问题，原本一张16G的卡内只有100M的有效数据，现在如果想将数据恢复到一张8G的卡，那么通过这种备份的方式是行不通的。

最后通过查找找到了一个更好方法，就是通过`dump`备份，恢复时也只恢复有效数据，因此只要恢复的SD卡比有效数据大就行了。

# 0x01 需要的软件

- `dump` 备份工具，用于备份系统

- `dosfstools` fat32格式化工具，引导文件分区是fat32格式的
- `parted` 分区调整工具
- `kpartx` 虚拟文件系统工具

安装：

```sh
apt install dump -y &&
apt install dosfstools -y &&
apt install parted -y &&
apt install kpartx -y
```

# 0x02 创建img文件

img是用于存储系统的镜像文件

首先使用`df -h`查看实际空间大小，再生成文件，比如：

```sh
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/root        15G  8.9G  5.0G  65% /
/dev/mmcblk0p1  252M   72M  180M  29% /boot
```

从上可以看出实际使用空间`8.9G`+`252M`的boot空间

需要注意这里显示的空间单位是`G`，这里的`G`是将大小舍入到接近`GiB`（$2^{30}$字节），而不是`GB`($10^{9}$字节)。

`GB`和`GiB`是两个有严格区别的单位，`GB`是方便10进制计算，`GiB`是方便2进制计算。

（插个题外话，Windows中默认的大小单位显示的是`KB`、`MB`、`GB`实际上计算的是`KiB`、`MiB`、`GiB`）

因此需要生成的img需要大于等于`8.9G`+`252M`

```sh
dd if=/dev/zero of=raspi.img bs=1M count=9570
```

`if`是输入路径，这里选择使用0填充

`of`是输出路径，就是创建img文件的路径

`bs`是块大小，这里选择M，也就是MiB，这样生成的文件是512bytes的整数倍，为了与分区表对上

`count`是块数，`bs`*`count`=真实大小

因为要生成的img文件需要大于等于`8.9G``+`252M`，而这里的`8.9G`是进行了大小舍入所以不精确，所以为了容纳误差而选择生成`9.1G`大小的系统。

因为`bs`是`M`，所以`count`为：$(9.1\times2^{30}\div2^{20})+252\approx9570$

# 0x03 img镜像分区

分区前通过`fdisk -l`查看树莓派分区

```sh
Device         Boot  Start      End  Sectors  Size Id Type
/dev/mmcblk0p1 *      8192   524287   516096  252M  c W95 FAT32 (LBA)
/dev/mmcblk0p2      524288 31223807 30699520 14.7G 83 Linux
```

可以看到SD卡有两个分区，其中关键信息为：

1. `/dev/mmcblk0p1`是引导分区(boot)，分区类型是`fat32`，从`8192`柱面开始，到`524287`柱面结束。
2. `/dev/mmcblk0p2`是系统分区，分区从`524288`柱面开始。

接下来使用`parted`将刚生成的img文件进行分区

```sh
parted raspi.img -s  -- mklabel msdos   # 创建msdos分区表
parted raspi.img -s  -- mkpart primary fat32 8192s 524287s  # fat32分区从8192开始，到524287结束
parted raspi.img -s  -- mkpart primary ext4 524288s -1  # 系统分区一般都是ext4类型，从524288开始，到最后
```

# 0x04 挂载img并格式化

将img挂载为虚拟设备，并获取虚拟设备地址

```sh
loopdevice=`losetup -f --show raspi.img`
```

使用`kpartx`挂载为虚拟文件系统

```sh
device=`kpartx -va $loopdevice | sed '1!d' | sed -E 's/.*(loop[0-9])p.*/\1/g'`
```

地址拼接

```sh
device="/dev/mapper/${device}"
imgBoot="${device}p1"
imgRoot="${device}p2"
```

格式化

```sh
mkfs.vfat $imgBoot
mkfs.ext4 $imgRoot
```

# 0x05 备份

创建两个临时挂载目录，并挂载

```sh
mkdir tmpBoot tmpRoot
mount -t vfat $imgBoot tmpBoot
mount -t ext4 $imgRoot tmpRoot
```

备份`Boot`

```sh
cp -rfp /boot/* tmpBoot
```

备份系统

```sh
cd tmpRoot
dump -0uaf - / | restore -rf -
cd -
```

# 0x06 修改启动文件

因为树莓派启动需要对应分区的`PARTUUID`，所以需要修改`cmdline.txt`和`fstab`文件

首先使用`blkid`命令查看分区`PARTUUID`

```sh
blkid -o export $imgBoot
blkid -o export $imgRoot
```

分别输出

```sh
DEVNAME=/dev/mapper/loop0p1
SEC_TYPE=msdos
UUID=161A-ED14
TYPE=vfat
PARTUUID=e74ab5ad-01

DEVNAME=/dev/mapper/loop0p2
UUID=20aa2e77-a211-4d43-996d-324f015e597c
TYPE=ext4
PARTUUID=e74ab5ad-02
```

可以看到`PARTUUID`分别为`e74ab5ad-01`（对应`boot`分区）和`e74ab5ad-02`（对应系统分区）。

将获取到的`PARTUUID`分别替换掉`cmdline.txt`和`fstab`文件中的`PARTUUID`

路径：

```sh
tmpBoot/cmdline.txt   # cmdline.txt
tmpRoot/etc/fstab     # fstab
```

# 0x07 END

卸载分区

```sh
cd ~
umount tmpBoot/ tmpRoot/
rm -rf tmpBoot/ tmpRoot/
```

卸载虚拟设备

```sh
kpartx -d $loopdevice
losetup -d $loopdevice
```

至此系统备份就做好了，制作的img文件可以使用`Win32DiskImager`或`dd`刷入其他的SD卡了

Last modification：January 9, 2022

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【树莓派】SD卡系统备份

Rehtt • 2022 年 01 月 09 日

# 0x00 前言

一般常见简单的备份方式是是使用Win32DiskImager备份，但是有几个缺点：

最后通过查找找到了一个更好方法，就是通过`dump`备份，恢复时也只恢复有效数据，因此只要恢复的SD卡比有效数据大就行了。

# 0x01 需要的软件

- `dump` 备份工具，用于备份系统

- `dosfstools` fat32格式化工具，引导文件分区是fat32格式的
- `parted` 分区调整工具
- `kpartx` 虚拟文件系统工具

安装：

```sh
apt install dump -y &&
apt install dosfstools -y &&
apt install parted -y &&
apt install kpartx -y
```

# 0x02 创建img文件

img是用于存储系统的镜像文件

首先使用`df -h`查看实际空间大小，再生成文件，比如：

```sh
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/root        15G  8.9G  5.0G  65% /
/dev/mmcblk0p1  252M   72M  180M  29% /boot
```

从上可以看出实际使用空间`8.9G`+`252M`的boot空间

需要注意这里显示的空间单位是`G`，这里的`G`是将大小舍入到接近`GiB`（$2^{30}$字节），而不是`GB`($10^{9}$字节)。

`GB`和`GiB`是两个有严格区别的单位，`GB`是方便10进制计算，`GiB`是方便2进制计算。

（插个题外话，Windows中默认的大小单位显示的是`KB`、`MB`、`GB`实际上计算的是`KiB`、`MiB`、`GiB`）

因此需要生成的img需要大于等于`8.9G`+`252M`

```sh
dd if=/dev/zero of=raspi.img bs=1M count=9570
```

`if`是输入路径，这里选择使用0填充

`of`是输出路径，就是创建img文件的路径

`bs`是块大小，这里选择M，也就是MiB，这样生成的文件是512bytes的整数倍，为了与分区表对上

`count`是块数，`bs`*`count`=真实大小

因为要生成的img文件需要大于等于`8.9G``+`252M`，而这里的`8.9G`是进行了大小舍入所以不精确，所以为了容纳误差而选择生成`9.1G`大小的系统。

因为`bs`是`M`，所以`count`为：$(9.1\times2^{30}\div2^{20})+252\approx9570$

# 0x03 img镜像分区

分区前通过`fdisk -l`查看树莓派分区

```sh
Device         Boot  Start      End  Sectors  Size Id Type
/dev/mmcblk0p1 *      8192   524287   516096  252M  c W95 FAT32 (LBA)
/dev/mmcblk0p2      524288 31223807 30699520 14.7G 83 Linux
```

可以看到SD卡有两个分区，其中关键信息为：

1. `/dev/mmcblk0p1`是引导分区(boot)，分区类型是`fat32`，从`8192`柱面开始，到`524287`柱面结束。
2. `/dev/mmcblk0p2`是系统分区，分区从`524288`柱面开始。

接下来使用`parted`将刚生成的img文件进行分区

# 0x04 挂载img并格式化

将img挂载为虚拟设备，并获取虚拟设备地址

```sh
loopdevice=`losetup -f --show raspi.img`
```

使用`kpartx`挂载为虚拟文件系统

```sh
device=`kpartx -va $loopdevice | sed '1!d' | sed -E 's/.*(loop[0-9])p.*/\1/g'`
```

地址拼接

```sh
device="/dev/mapper/${device}"
imgBoot="${device}p1"
imgRoot="${device}p2"
```

格式化

```sh
mkfs.vfat $imgBoot
mkfs.ext4 $imgRoot
```

# 0x05 备份

创建两个临时挂载目录，并挂载

```sh
mkdir tmpBoot tmpRoot
mount -t vfat $imgBoot tmpBoot
mount -t ext4 $imgRoot tmpRoot
```

备份`Boot`

```sh
cp -rfp /boot/* tmpBoot
```

备份系统

```sh
cd tmpRoot
dump -0uaf - / | restore -rf -
cd -
```

# 0x06 修改启动文件

因为树莓派启动需要对应分区的`PARTUUID`，所以需要修改`cmdline.txt`和`fstab`文件

首先使用`blkid`命令查看分区`PARTUUID`

```sh
blkid -o export $imgBoot
blkid -o export $imgRoot
```

分别输出

```sh
DEVNAME=/dev/mapper/loop0p1
SEC_TYPE=msdos
UUID=161A-ED14
TYPE=vfat
PARTUUID=e74ab5ad-01

DEVNAME=/dev/mapper/loop0p2
UUID=20aa2e77-a211-4d43-996d-324f015e597c
TYPE=ext4
PARTUUID=e74ab5ad-02
```

可以看到`PARTUUID`分别为`e74ab5ad-01`（对应`boot`分区）和`e74ab5ad-02`（对应系统分区）。

将获取到的`PARTUUID`分别替换掉`cmdline.txt`和`fstab`文件中的`PARTUUID`

路径：

```sh
tmpBoot/cmdline.txt   # cmdline.txt
tmpRoot/etc/fstab     # fstab
```

# 0x07 END

卸载分区

```sh
cd ~
umount tmpBoot/ tmpRoot/
rm -rf tmpBoot/ tmpRoot/
```

卸载虚拟设备

```sh
kpartx -d $loopdevice
losetup -d $loopdevice
```

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