Usrmerge

Usrmerge

Начиная с 23 апреля 2024 реализовано в Sisyphus.

Глоссарий

merged-usr-иерархией называется такая FHS-подобная иерархия каталогов, в которой все неизменяемые при работе файлы из операционной системы (т. е. из состава пакетов в репозитории ОС) помещаются либо внутри префикса (/usr), либо их местоположение является ссылкой внутрь префикса. В такой иерархии /bin, /lib и т. д. будут симлинками на /usr/bin, /usr/lib и т. д. Иерархия, не отвечающая этому правилу (например, та, которую создавал инсталлятор до p11), называется unmerged-usr.

split-usr-конфигурация подразумевает, что исполнимый файл в процессе pid 1 из корневой файловой системы стартует до монтирования /usr, расположенного на отдельном разделе. split-usr не следует путать с unmerged-usr, хоть системы со свойством split-usr и являются подмножеством систем unmerged-usr.

Введение

Исторически в UNIX System V, а позже и в мейнстримных линукс-дистрибутивах разделяли каталоги /bin и /usr/bin, /lib$suff и /usr/lib$suff, и т. п., давая возможность разместить /usr на отдельной файловой системе от /, содержащего все эти подкаталоги.

Позже, с увеличением средних размеров устройств хранения в машинах, сторонники разделения придумали другие обоснования (например, возможность из окружения в /{bin,sbin,libX,...}/ починить немонтирующуюся /usr). Но на сегодняшний день непонятно, какой набор утилит и нужных им so/иных файлов стоит признать частью "системы спасения", которая должна быть доступна без /usr, а какой — нет, ибо сами утилиты приобретают универсальный вид и широкие границы применимости. С развитием механизмов initramfs и живых загрузочных/установочных носителей, а также практикой "раздела восстановления" на локальном хранилище машины среди настольных дистрибутивов этот аргумент теряет всякий смысл.

Чем сохранять бесцельно дублирующие друг друга два класса мест для одних и тех же файлов, лучше оставить один из них, а другой устранить:

• либо переложить /usr/{bin,sbin,lib,libx32,lib64,libexec,local,share,src,...} в корень,
• либо поместить аналоги этих каталогов из / в /usr.

Из двух вариантов, входящих в рамки FHS, второй лучше хотя бы тем, что уменьшает количество top-level каталогов, куда упаковывается постоянное содержимое пакетов, до одного. Сейчас среди FHS-совместимых дистрибутивов это типичный подход, на который в том числе потихоньку начинают полагаться апстримы прикладных пакетов.

Rationale

• Один каталог (пусть с не очень удачным именем /usr) как объект манипуляции и как общий носитель фиксированного содержимого пакетов удобнее россыпи каталогов, полный список которых даже невозможно построить. Появляется даже смысл рассматривать его в виде отдельной точки монтирования, которую можно держать общей на многих машинах под общим управлением.
  • Один каталог легче снапшотить, по нему легче гонять find, ...
• Упаковка всего пакетного содержимого в /usr открывает дорогу к виртуальному /, который не находится на устройстве хранения и содержит только пустые каталоги-точки-монтирования.
• Возникает осмысленное разделение между /usr, /var и /etc: первый каталог несёт в себе постоянное содержимое пакетов, не предназначенное к ручной модификации (не через пакетную систему или доставку образа), а другие два уже исторически применяются для переменного хранимого состояния и общесистемных конфигов.
• Сборочным скриптам и прочим интеграционным программным компонентам не нужно будет перебирать каталоги, в которых находится искомая программа.
• Начиная с версии 255, выпущенной в декабре 2023, systemd прекратит поддержку split-usr и unmerged-usr; вот коммит.
  • Из кода проекта systemd, помимо прочего, исчезнут все упоминания старых каталогов; например, директива ProtectKernelModules= больше не будет монтировать заглушку поверх /lib/modules, и т. п.

Proposed changes

Необходимые действия можно разбить на три стадии.

Стадия 1

1) Определить, что слиянию с аналогами внутри /usr подлежат следующие каталоги:

  /bin
  /lib
  /lib32
  /lib64
  /libx32
  /sbin

На каждой машине есть некоторые каталоги из этого списка; они и будут перенесены.

2) Ввести brp-модуль brp-dupe-bin, который на стадии brp завершается с ошибкой, если обнаружены разные файлы в /bin/x и /usr/bin/x, а если один из них есть ссылка на другой, устанавливает две копии такого файла по обоим путям с совпадающими атрибутами и контентом. Это нужно, чтобы приблизительно 22 пакета могли устанавливаться на все варианты иерархий: и на unmerged-usr, и на merged-usr. Создавать жёсткую ссылку нежелательно: если /bin/x и /usr/bin/x лежат на разных файловых системах, такой пакет туда не установится: RPM не рассечёт жёсткую ссылку на два одинаковых файла. Большинство пакетов, требующих исправления, достаточно будет просто пересобрать со специальным brp-модулем.

Некоторые пакеты, например, vim-common, упаковывают разные файловые объекты в /bin и /usr/bin; другие пакеты ставят файлы прямо в %buildroot/bin. Их потребуется исправить руками (готово: altbug:49541). (Справедливости ради, многие из них и так понадобится обновить)

Полный список таких будущих конфликтов на 2024-03-16:

[('bin/bsh', {'ash', 'bsh'}),
 ('bin/ksh', {'ksh', 'pdksh'}),
 ('bin/mail', {'mailutils', 'mailx'}),
 ('bin/ex', {'vi-traditional', 'vim-common', 'vim-minimal'}),
 ('bin/rview', {'vim-common', 'vim-minimal'}),
 ('bin/vi', {'vi-traditional', 'vim-minimal'}),
 ('sbin/halt', {'shepherd', 'systemd-sysvinit', 'sysvinit'}),
 ('sbin/reboot', {'shepherd', 'systemd-sysvinit', 'sysvinit'}),
 ('sbin/shutdown', {'shepherd', 'systemd-sysvinit', 'sysvinit'})]

Из перечисленных множеств пересекающихся в будущем пакетов многие уже явно конфликтуют друг с другом.

3) Подготовить пакет filesystem версии 3: поместить в нём скрипт, срабатывающий в %pretrans и переносящий содержимое каталогов из списка 1 внутрь /usr (т. е. под префикс). Сценарий файлтриггера должен будет давать предельно ясную информацию и диагностические сообщения на стандартные потоки. Нужно будет либо положиться на static coreutils, либо очень осторожно обращаться с обычными и dynamic linker.

Стадия 2

Этот пункт вступает в действие на каждой машине индивидуально при обновлении её пакетов. Перед транзакцией, в которой ставят новый пакет filesystem, скрипт из пункта 2 вводит симлинки, завершая процесс usrmerge на данной системе.

Каждая инсталляция перейдёт к ней независимо, по мере обновления пакетов.

Стадия 3

Мейнтейнеры пакетов перейдут к ней после выпуска p11.

Заменить макросы, использующие старые каталоги (%_udevrulesdir, %_tmpfilesdir и другие), и пересобрать с ними пакеты, что-либо помещающие в эти каталоги. Приближённое число затрагиваемых бинарных пакетов:

% grep -E '^/(bin|lib[^/]*|sbin)/[a-zA-Z0-9_-]+' contents-index \
  | grep -vE '^/lib/(systemd|udev|sysusers.d|modules[^/]*|modprobe.d|security|tmpfiles.d)'
  \ # exclude known places
  | cut -f2 -d$'\t' | grep -v '^/' # exclude path provides
  | sort -u | wc -l
524

Это оценка по x86_64 + noarch. Исходных, конечно, будет меньше (333).

При обновлении на эти пакеты будет действовать правило 2, поэтому их содержимое будет доступно.

Incompatibilities

Если корневая файловая система — каскадная композиция на базе, например, overlayfs, и каталоги /bin и подобные находятся не в верхнем слое стека — автоматически обновить такую корневую файловую систему на filesystem > 3 не выйдет. Придётся либо не обновляться, либо пересобрать контейнер/систему на обновлённой пакетной базе.

FAQ

Рекомендуем прочитать другие материалы о преимуществах новой иерархии.

Q: А что, если /usr на отдельном разделе по каким-то причинам не примонтируется?

A: Тогда система не сможет загрузиться, как и в случае, если / по каким-то причинам не примонтируется.

Q: А раньше можно было, пользуясь программами в /, починить /usr

A: Несколько тезисов:

• В-нулевых, для того, чтобы возникла такая ситуация, систему должны были установить так, чтобы /usr был отдельным от /, т. е. такая разметка преследовала какую-либо цель.
• Во-первых, для этого нужно, чтобы / смог смонтироваться, а /usr не смог.
• Во-вторых, всё ещё нет критерия, по которому ту или иную программу и её зависимости можно либо отнести к "системе спасения", либо исключить из неё и сослать в /usr.
• В-третьих, нет ни одного задокументированного случая, где таким образом спасли какую-либо типичную GNU/Linux-систему, включая Альт, есть только предание из 1986 года, касавшееся non-Linux тех времён на компьютере тех времён. Рецептов такого восстановления, отчуждаемых от компетенций разработчиков ALT и умелых сисадминов, нет тем более. Следовательно, можно заключить, что в общем случае цитируемая возможность восстановить /usr из / — призрачна.
• Несмотря на всё это, нет ничего плохого в том, чтобы рецепт такого спасения (при помощи операционной избыточности инсталляции альта) администратору предложить, но это должен быть явный механизм с минимумом издержек для остальной структуры системы. Есть множество вариантов это реализовать с разными преимуществами и минусами в разных установках; все они out of scope for this document.

Q: Зачем вам отдельная программа-конвертер? Есть же пакетный менеджер.

A: rpm не умеет заменять каталог (например, /x) на символическую ссылку. Ему надо помочь:

• скопировать всё из каталога /x под префикс (под /usr) в новый каталог,
• скопировать туда же содержимое аналогичного каталога /usr/x под префиксом,
• атомически поменять местами новый каталог и /usr/x,
• атомически поменять местами /x и ссылку на новый,
• проследить, что в процессе ничего не потерялось, и удалить лишнее.

Проще всего это сделать на стадии %pretrans (дословно: перед транзакцией, перед манипуляцией пакетов), чтобы к началу установки пакетов всё уже было готово и процесс не зависел от порядка, в котором rpm ставит пакеты.

Q: Почему перед обновлением нужно явно устанавливать пакет usrmerge-hier-convert?

A: Его не так-то легко вытянуть по зависимостям. Совершая обновление системы, apt формирует транзакцию для rpm — своего рода техническое задание: «установи пакеты X, удали пакеты Y, обнови пакеты Z». Если в эту транзакцию попадает новый пакет filesystem, то usrmerge-hier-convert должен уже быть в системе на этапе %pretrans; его нельзя установить в той же транзакции.

Q: Зачем вы лезете в каталоги на стадии %pretrans? Почему бы не научить RPM автоматом класть compat-симлинки в /bin, если это самостоятельный каталог, а оригиналы в /usr/bin, и т. п.? А замену /bin на симлинк упаковать в файлтриггер и проводить тогда, когда там не осталось оригиналов.

A: Да, можно было бы написать файлтриггер, который проверяет, не состоят ли каталоги из списка 1 целиком из симлинков внутрь /usr, и, если да, превращает такой каталог с симлинками в симлинк на каталог. Правда, не вполне ясно, что он должен делать с /lib, внутри которого произвольная структура. Главная же сложность здесь в том, что не так-то просто пропатчить rpm соответствующим способом, особенно в условиях нехватки времени (core team минимум с 2017 года накладывали veto, пока не стало невмоготу). А ещё нужно было бы держать в репозитории два варианта пакета filesystem.

User-visible impact

Меньше каталогов верхнего уровня в корне, кроме симлинков.

kernel-modules-nvidia для совместимости потребовалось переупаковать. Для ядер, собранных в Sisyphus до момента переупаковки, эти модули обновить невозможно; соответственно, не получится на них откатиться, даже если они установлены в системе и известны загрузчику.

Чтобы обновить Sisyphus с unmerged-usr на merged-usr, недостаточно просто запустить обновление; нужно выполнить следующие действия:

# apt-get install usrmerge-hier-convert
# apt-get dist-upgrade

Иными словами, программа usrmerge-hier-convert должна уже быть в системе перед обновлением. Это может коснуться или не коснуться обновления с p10; может быть, нам удастся позднее найти способ уйти от этой необходимости.