Flash-Partitionen im laufenden Betrieb sichern

Dieser Artikel baut auf dem Artikel Flash-Partitionierung auf. Ihn vorher zu lesen, schadet also nicht.

Die überarbeitete Version des Artikels füllt einige Lücken bzgl. der Frage nach der Numerierung von Devices. Dafür gebührt unser Dank ​Oliver (olistudent).

Wie man Partitionen direkt über den Urlader/Bootloader sichert, findet sich weiter unten.

Motivation

Ich habe noch nie mit dem ADAM2-Bootloader via FTP gearbeitet und werde das auch vermutlich erst dann tun, wenn es notwendig ist oder höchstens mal, um vorher zu üben. Um aber für den Notfall gerüstet zu sein, wollte ich in der Lage sein, nicht nur Backups von Kernel und Dateisystem zu ziehen, sondern auch eine Sicherungskopie vom Bootloader selbst machen können - alles idealerweise, ohne ADAM2 selbst zu benutzen, also einfach im laufenden Betrieb über Shell-Skripten. Dieser Artikel beschreibt, wie das geht.

Voraussetzungen

Ich habe eine FritzBox Fon WLAN 7170, darf mich also zu den gut ausgestatteten AVM-Kunden zählen, weil die 7170 momentan das Modell mit dem größten Flash-Speicher und den umfangreichsten Anschlussmöglichkeiten ist. Ich schreibe das nicht, um Werbung zu machen, sondern um klar zu machen, dass das Folgende nicht 1:1 für alle anderen Boxen gelten muss und dies vermutlich auch nicht tut. Insbesondere Zahlenwerte sind auf die Verhältnisse der anderen Boxen anzupassen.

Die Box hat folgende Merkmale:

{
  echo Kernel: $(uname -a)
  echo Firmware: $CONFIG_VERSION_MAJOR.$CONFIG_VERSION $CONFIG_SUBVERSION
  echo Flash-Partitionierung:
  cat /proc/sys/urlader/environment | grep mtd
}

# Kernel: Linux fritz.box 2.6.13.1-ohio #1 Sat Jan 27 12:00:36 CET 2007 mips unknown
# Firmware: 29.04.29 ds-0.2.9     -->  _26-13
# Flash-Partitionierung:
# mtd0    0x90000000,0x90000000   -->  Hidden Root, 0 KB
# mtd1    0x90010000,0x90780000   -->  Kernel + Filesystem, 7.616 KB
# mtd2    0x90000000,0x90010000   -->  ADAM2 Bootloader, 64 KB
# mtd3    0x90780000,0x907C0000   -->  TFFS für Konfig-Daten, 256 KB
# mtd4    0x907C0000,0x90800000   -->  Kopie TFFS (Double Buffering), 256 KB

Die Anmerkungen hinter den Pfeilen wurden manuell eingefügt.

Lösungsweg

Wenn wir uns das Pseudo-Dateisystem /dev/ anschauen, erkennen wir schnell, dass es folgende Geräte (Devices) gibt, die offenbar mit unserer Aufgabe im Zusammenhang stehen:

• /dev/mtd0/ bis /dev/mtd10
• /dev/mtdblock0 bis /dev/mtdblock10

Worin besteht nun der Unterschied zwischen diesen Geräten? Es scheint, als seien sie alle doppelt vorhanden unter verschiedenen Namen. In gewissem Sinne stimmt das auch, und weshalb das so ist, sehen wir hier:

ls -l /dev/mtd*

# crw-r-----    1 root     root      90,   0 Jan  1  2000 /dev/mtd0
# crw-r-----    1 root     root      90,   1 Jan  1  2000 /dev/mtd1
# ...
# brw-r-----    1 root     root      31,   0 Jan  1  2000 /dev/mtdblock0
# brw-r-----    1 root     root      31,   1 Jan  1  2000 /dev/mtdblock1
# ...

Die jeweils ersten Buchstaben des File Mode bringen es an den Tag: Die mtd* sind zeichenorientierte Geräte (Character Devices, Kürzel "c"), mtdblock* sind blockorientierte Geräte (Block Devices, Kürzel "b"). Man könnte also sagen, es gibt zwei unterschiedliche Sichten auf den Flash-Speicher: Zum einen kann man ihn als kontinuierlichen Zeichenstrom sehen, zum anderen als Gerät mit blockweisem Direktzugriff (wie eine Festplatte). Genaueres gibt es in der ​Wikipedia.

Für den Zweck unserer Sicherheitskopie ist es im Grunde herzlich egal, wie diese zustande kommt (Zeichen für Zeichen oder blockweise), solange sich am Ende nur eine komplette Datei pro Flash-Partition auf unserer Festplatte befindet. Ich habe beide Varianten ausprobiert und bin bei beiden auf noch ungeklärte Phänomene gestoßen, aber mit den Block Devices funktionieren die Datensicherungen besser, wie wir sehen werden.

Für die weiteren Erklärungen gehe ich davon aus, daß ein Mount Point /var/fritz existiert, der einen größeren Datenspeicher darstellt. Bei mir ist das eine über smbmount angebundene Windows-Freigabe, es könnten aber auch USB-Sticks oder -Festplatten in Frage kommen. Genügend freien RAM-Speicher auf der Box vorausgesetzt, kann man die Kopien auch irgendwo unterhalb von /var zwischenspeichern und via FTP oder SCP abtransportieren.

Kopien von Block Devices (mtdblock*)

Ich hatte erwartet, mit folgendem Befehl den ADAM2-Bootloader, welcher sich nach Konfiguration laut Urlader (s.o.) ja in Partition mtd2 befinden soll, sichern zu können:

cat /dev/mtdblock2 > /var/fritz/adam2

Doch weit gefehlt, was finde ich auf meiner Festplatte? Eine Datei der Größe 7.798.784 Bytes, das sind genau 7.616 KB und somit exakt die Größe der eigentlich unter mtd1 beheimateten Kombination aus Kernel und direkt daran anschließendem Dateisystem. Das Ganze scheint mit der Zählweise zusammenzuhängen, denn es ergibt sich folgendes Bild:

Blockgerät	Partition	Größe	Beschreibung
mtdblock0	—-	—-	Endlosschleife beim Auslesen
mtdblock1	mtd0	6.966 KB	SquashFS-Filesystem ohne Kernel (hinterer Teil von mtd1)
mtdblock2	mtd1	7.616 KB	Kernel + SquashFS-Filesystem
mtdblock3	mtd2	64 KB	ADAM2 Bootloader ("Urlader")
mtdblock4	mtd3	256 KB	TFFS für Konfig-Daten
mtdblock5	mtd4	256 KB	Kopie TFFS (Double Buffering)
mtdblock6	(mtd5)	1.664 KB	(Vorbereitet für) JFFS2
mtdblock7	(mtd6)	5.952 KB	(Vorbereitet für) Kernel ohne JFFS2

Die weiteren drei mtdblock-Geräte ergeben Ausgaben der Länge null.

Zusammenfassend kann man sagen: Will man eine Kopie der Partition mtd[n] haben, muß man offenbar das Blockgerät mtdblock[n+1] benutzen.

Anmerkung von ​maceis (29.12.2011):

Diese Verschiebung kann ich bei meiner neuen 7270_v3 nicht feststellen. cat /dev/mtdblock1 ergibt bei mir eine Datei, die aufs kB genau so groß ist, wie der Kernel. cat /dev/mtdblock2 ist 128 kB groß. Das deckt sich mit den Ausgaben von cat /proc/mtd und cat /proc/partitions. Der Platz für den Urlader ist also offensichtlich größer geworden. (Warum?)

Antwort von ​Alexander Kriegisch (kriegaex) (06.01.2012):

Ich sehe die Verschiebung aktuell auch nicht mehr auf meinen beiden Boxen. Das hängt wohl mit Firmware- bzw. Urladerversionen zusammen, kann also nicht pauschal für alle Geräte gesagt werden. Der Artikel ist ja auch schon ziemlich alt, und damals war es eben so. Zur Größe des Urladers: Tja, auch hier ändern sich offenbar die Zeiten. Während z.B. die 7170 und die 7270_v1 sowie alle älteren Modelle 64 kB Urladergröße hatten, sind es bei der ​7270_v2/3 128 kB. Bei ganz neuen Boxen schließe ich auch 256 kB nicht aus, da müßte ich mal nachforschen, ich habe nur die älteren Geräte.

Kopien von Character Devices (mtd*)

Jetzt wird es richtig verwirrend, denn bei den Zeichengeräten taucht jede Partition zweimal hintereinander auf, allerdings nicht bis ganz zu Ende, da es ja bei der laufenden Nummer 10 aufhört:

Zeichengerät	Partition	Größe	Beschreibung
mtd0/1	—-	—-	Endlosschleife beim Auslesen
mtd2/3	mtd0	6.966 KB	SquashFS-Filesystem ohne Kernel (hinterer Teil von mtd1)
mtd4/5	mtd1	7.616 KB	Kernel + SquashFS-Filesystem
mtd6/7	mtd2	64 KB	ADAM2 Bootloader ("Urlader")
mtd8/9	mtd3	256 KB	TFFS für Konfig-Daten
mtd10(/11)	mtd4	256 KB	Kopie TFFS (Double Buffering)
(mtd12/13)	(mtd5)	1.664 KB	(Vorbereitet für) JFFS2
(mtd14/15)	(mtd6)	5.952 KB	(Vorbereitet für) Kernel ohne JFFS2

Die eingeklammerten Zeichengeräte in der ersten Spalte würde es geben, wenn /sbin/makedevs sie beim Hochfahren anlegen würde. In /etc/device.table müßte dazu Folgendes geändert werden, um die Devices bis mtd15 zu erhalten:

# Aktuelle Einstellung bei AVM und in Freetz
/dev/mtd        c       640     0       0       90      0       0       1       11

# Geänderte Einstellung (siehe letzte Spalte)
/dev/mtd        c       640     0       0       90      0       0       1       16

Zitat ​Oliver (olistudent): "In der original Firmware hört das auch bei 10 auf. Da hab ich das halt so übernommen."

Verständlich, würde ich sagen. Es kann ja jeder für sich ändern, falls er glaubt, die Geräte zu brauchen.

Der Grund für die Doppelung ist übrigens, daß die Geräte mit den geraden Nummern Lese-Schreib-Zugriff bieten, die mit den ungeraden Nur-Lese-Zugriff.

Hier lautet die Formel: Will man eine Kopie der Partition mtd(n) haben, benutzt man das Zeichengerät mtd(2n+2) - oder wahlweise mtd(2n+3).

Ein (gefährlicher?) Tip, ohne Gewähr

Im ​OpenWRT-Forum ist nachzulesen, daß man auf diese Weise den Bootloader im laufenden Betrieb überschreiben könne (Konjunktiv beachten, ich kenne keinen hier im Forum, der es getestet hat):

# Annahme 1: neuer Bootloader liegt schon unter /var/adam2_new
# Annahme 2: /dev/mtdblock3 entspricht Bootloader-Partition mtd2

# So nicht: cp /var/adam2_new /dev/mtdblock3/
cat /var/adam2_new > /dev/mtdblock3

reboot

Update (cat statt cp, s.o.): Wie unter ADAM2 überschreiben nachzulesen, klappt das, wie mehrfach bestätigt wurde und wie AVM auch vormacht in FW-Updates.

Wer will es versuchen? Falls es schief geht und man den Bootloader löscht statt überschreibt oder das neue Image Mist ist, darf man das Paket an AVM schon fertig machen :-/, sofern man nicht glücklicher Besitzer eines ​JTAG-Kabels (siehe auch ​OpenWrt.org) mit passender Software ist. Falls man versehentlich "nur" eine andere Partition überschreibt, sollte ein Recover reichen.

Wege, sich schnell einen Überblick zu verschaffen

Was ich schon lange beschreiben wollte, da ich es zum Zeitpunkt der Urfassung dieses Artikels noch nicht wusste, aber später durch voneinander unabhängige Hinweise von ​Sedat (dileks) und ​Enrik (enrik) gelernt habe, ist, daß es sehr viel einfacher gewesen wäre, obige Tabellen bzgl. Partitionen und Block Devices zu erstellen, hätte ich folgende Befehle gekannt, die jeder auf seinem Boxtyp ausführen sollte, um sich einen Überblick zu verschaffen, denn die Partitionen sind nicht überall gleich groß und haben nicht überall die gleiche Nummerierung. Beispielsweise ist der Urlader unter Kernel 2.4 unter /dev/mtdblock/2 zu finden und befindet sich unter Kernel 2.6 unter /dev/mtdblock3 (andere Nummer, eine Verzeichnisebene höher). Das ist wichtig zu wissen, wenn man z.B. ein Downgrade auf eine ältere Firmwareversion vorhat, die auch auf einen älteren Kernel und Bootloader aufsetzt. Es bringt ja nichts, Letzteren in die falsche Partition zu schreiben.

/proc/partitions

$ cat /proc/partitions

major minor  #blocks  name

  31     0       8192 mtdblock0
  31     1       6966 mtdblock1
  31     2       7616 mtdblock2
  31     3         64 mtdblock3
  31     4        256 mtdblock4
  31     5        256 mtdblock5
  31     6       1600 mtdblock6
  31     7       6016 mtdblock7
   8     0      64000 sda
   8     1      63984 sda1

Hier sieht man sehr schön die Größen der einzelnen Partitionen samt Device Major/Minor (wer's braucht) und passenden Block-Device-Namen.

Auf einer 7270 sieht das etwas anders aus:

$ cat /proc/partitions

major minor  #blocks  name

  31     0       6732 mtdblock0
  31     1        883 mtdblock1
  31     2         64 mtdblock2
  31     3        256 mtdblock3
  31     4        256 mtdblock4
  31     5       8192 mtdblock5

Hier scheint mtdblock2 wirklich der Bootloader zu sein.

/proc/mtd

$ cat /proc/mtd

dev:    size   erasesize  name
mtd0: 00800000 00010000 "phys_mapped_flash"
mtd1: 006cdb00 00010000 "filesystem"
mtd2: 00770000 00010000 "kernel"
mtd3: 00010000 00010000 "bootloader"
mtd4: 00040000 00010000 "tffs (1)"
mtd5: 00040000 00010000 "tffs (2)"
mtd6: 00190000 00010000 "jffs2"
mtd7: 005e0000 00010000 "Kernel without jffs2"

In dieser alternativen Darstellung mit in Hexadezimal-Schreibweise angegebener Partitionsgröße sieht man noch als Kommentar eine Beschreibung, die Auskunft darüber gibt, wofür die einzelnen Partitionen tatsächlich vorgesehen sind. Sehr einfach, sehr praktisch.

Und auch hier wieder die 7270:

$ cat /proc/mtd

dev:    size   erasesize  name
mtd0: 00693200 00010000 "rootfs"
mtd1: 000dce00 00010000 "kernel"
mtd2: 00010000 00010000 "urlader"
mtd3: 00040000 00010000 "tffs (1)"
mtd4: 00040000 00010000 "tffs (2)"
mtd5: 00800000 00010000 "reserved"

Backup von Urlader, Kernel und Dateisystem

Wie man bei einer Kernel-2.6-Firmware konkret und effizient urlader.image und kernel.image übers Netzwerk wegsichert, beschreibe ich im ​Forum.

Anmerkungen zur 7270v3 mit 2.6er Kernel (mit Version 74.04.88 getestet)

Das in den letzten Absätzen angegebene Layout für die 7270 mit obiger Firmware kann ich noch um folgende Informationen zur letzten „Partition“ ergänzen. Die in „/proc/mtd“ als "reserved" angegebene „mtd5“ enthält den gesamten Bereich von „mtd0“ bis „mtd4” hintereinander. Darauf gebracht hat mich die Größe von 16 MiB (0x800000). Hat man in Freetz das Programm „dd“ mit den Funktionen „if“ und „of“ (beides ist auszuwählen im Menuconfig; getestet mit Freetz 1.2) integriert, läßt sich auf einfache Weise eine vollständige Sicherheitskopie ziehen und zurückspielen:

$ dd if=/dev/mtdblock5 of=/var/media/ftp/uStor00/mtd5.bak

Wiederherstellen geht dann umgekehrt:

$ dd of=/dev/mtdblock5 if=/var/media/ftp/uStor00/mtd5.bak

Das Programm „cat“ ist zum Sichern ebenso geeignet, hier muß dann die Ausgabe in die Zieldatei umgeleitet werden. Der erste eingesteckte USB-Speicher ist für gewöhnlich als „/var/media/ftp/uStor00“ eingehängt, das kann natürlich im Einzelfall anders heißen. Mit „bzip2“ kann man es bei Bedarf noch geringfügig komprimieren. Für die Kopien habe ich ein Skript auf dem USB-Speicher liegen, daß regelmäßig eine solche Kopie per Cron anfertigt.

Getestet habe ich das auch: als der Router in einer Reboot-Schleife hing, habe ich durch das Zurückspielen einer solchen Kopie erfolgreich einen früheren Zustand wiederhergestellt.

Beachte, daß AVM das Layout in künftigen Versionen ohne weiteres wieder ändern kann, tippe also niemals ohne eigene Prüfung einfach die Befehlszeilen oben ab. ​Christoph Franzen

Zusammenfassung

Wer Kopien seiner Flash-Partitionen haben möchte, macht das im laufenden Betrieb am besten, indem er das passende Block Device auswählt (Vorsicht bei der verschobenen Numerierung!) und mittels cat die Daten auf ein externes Medium wegsichert. ADAM2 benötigt man hierfür jedenfalls nicht zwingend, es geht auch so. Am besten kontrolliert man anhand der sich ergebenden Dateigrößen, ob man die richtigen Partitionen erwischt hat. Der Bootloader hat immer 64 KB, das TFFS 256 KB, der Rest hängt von der Box und der Firmware-Version ab.

​Alexander Kriegisch (kriegaex)