把Debian放進RAM裡面開機
這是真的。Minecraft是我從高職時期來一直有在接觸的遊戲，還和好友一起架設伺服器，與其他朋友們一起遊玩同一個世界，隨著電腦網路知識的增長，伺服器的作業系統也從一開始的Windows，轉換到Ubuntu，最後選擇了更輕量、簡潔的Debian，說真的Minecraft server只不過需要個簡單的OS管理硬體資源和網路，然後提供Java的執行環境而已。
幾年前，筆者正在服兵役時，接到朋友通知「伺服器連不上了！」，起初我還以為是個玩笑，我們常常用這個梗嚇嚇對方。但看他一臉認真的樣子，看起來是真的不妙，趁著休假時實際將螢幕插上server，結果發現卡在initramfs，寫著kernel panic .... 原來是停電造成OS檔案系統損毀開不了機。
除了加裝UPS，讓sever能在停電時妥善關機之外，也讓我有個發想：如果server能像Wi-Fi AP一樣，隨時拔插頭都不會壞，那該有多好? 如果storage放的檔案是唯讀的，那麼是不是就不會有寫到一半突然斷電，資料損毀的問題了? 如果OS檔案放在隨身碟，開機時通通倒進RAM裡面執行，是不是就能達到我要的目的了?
是的，於是第一版放進RAM執行的Debian就這麼誕生了 ... 花了幾天把一般x86-64的Linux開機流程弄清楚，在VirtualBox裡面安裝一個完整的Debian，然後把rootfs包成壓縮檔，開機時透過魔改過的initramfs解壓縮到RAM裏頭，並將RAM(tmpfs)掛在/，這麼一來所有的寫入、變更都是在RAM裏頭進行，隨身碟的檔案完全就是唯讀的。rootfs包成壓縮檔最大的好處就是，利用隨身碟連續讀取很快的特性，來加快開機速度。
https://github.com/danchouzhou/ramfs
由於東西都是寫進RAM而已，所有變更都會在重新開機以後全部重來，因此我透過startup script的方式，讓開機自動執行我們所需的變更。簡單說就是，OS的壓縮檔可以不用重新打包，user要做的變更放在startup script裡面，每次開機就自動重作一遍，自動執行也在RAM裡面執行，所以也沒有要等很久的情況，而且server也不會常常重開機；由於user能很輕易地透過一支start.sh自訂功能，很容易備份、復原功能，不小心改壞了，也就是把原來的script貼回去而已，重新開機以後又恢復原先的樣子。
講到這裡，讀者看得可能有點霧，這邊簡單說明x86-64的Linux正常開機的流程：
- 主機板BIOS會去開GRUB
- GRUB會把Linux Kernel載到RAM裡面，然後執行initramfs
- initramfs負責掛載硬碟到/
- 在磁碟機裡面就是真正的Debian，會開始用systemd把一些服務開起來
要把RAM當硬碟用，其實就是在第3步動手腳，initramfs不再把硬碟掛載到/，取而代之的是把RAM (tmpfs)掛在/，並把隨身碟的壓縮檔，接壓縮進去。可參考檔案local.ramfs中的local_mount_root()。
mount -t tmpfs -o size=95% none ${rootmnt}
關於「1. 主機板BIOS會去開GRUB」，這邊再補充一下：如果是Legacy BIOS，會去找MBR裡面的一段boot code，boot code會再去找GRUB執行檔，這是因為MBR只有小小的512-byte，再扣掉分割表，boot code最多只有440-byte，不足以存放GRUB，這才需要分成兩段開進GRUB。如果是UEFI BIOS，會從檔案系統為FAT32的磁區 -- ESP (EFI System Partition)，執行這個路徑EFI/BOOTX64.efi的檔案，透過grub-install --target=x86_64-efi，就是把GRUB放在這個路徑。
那麼自訂功能而不用重包壓縮檔怎麼辦到的? 其實魔改過initramfs是去執行隨身碟裡面的init.sh，init.sh的內容如下，實際上解壓縮是在init.sh裡面做的，同時也會把start.sh複製到/裡面，並且在第4步讓systemd自動執行。如此，使用者大可以從server上拔下隨身碟，在一台再普通不過的Windows電腦上就能修改initramfs以及開進Debian以後要做的事情了。
#!/bin/sh echo "Copying rootfs.tar.gz ..." cp /mnt/EFI/rootfs.tar.gz . echo "Copying start.sh ..." cp /mnt/EFI/start.sh . chmod +x start.sh echo "Unmount boot device ..." umount /mnt echo -n "Extracting from rootfs.tar.gz ..." tar zxf rootfs.tar.gz --checkpoint=.5000 echo rm rootfs.tar.gz
好吧，篇幅有限，可能沒辦法說明得太完整，有興趣的朋友可以研究一下我的GitHub Repo，應該就知道在幹嘛了。也可以在下方留言，我很樂意與您討論。
透過這樣的方法開機，雖然遊戲檔案還是儲存在硬碟中，但至少連不上時我還能遠端連進OS看看到底發生了什麼事（我們只是用一台十多年前的FX-4100消費型PC當成server在用，可不像正規的server有BMC可以遠端管理）。
這個方法已經在我的server上開機超過一年沒關了，應該足以驗證它的可靠度。唯一令我不滿意的是，由於壓縮檔是打包一個完整在硬碟中安裝的Debian，在RAM裡面解壓縮後大概占用1.3 GB，而且這是指有CLI沒有GUI的情況，也因此近期也正在研究如何進行「瘦身」，盡可能把寶貴的RAM留給Minecraft server用。有進展的話會在發一篇，我們下集見。
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