content/multiboot_live_linux.rst

   1 Multiboot USB Stick with Persistence from the Command Line
   2 ==========================================================
   3
   4 :date: 2019-07-10 13:48
   5 :category: System Administration
   6 :tags: command line, system administration, boot, grub2, efi
   7 :authors: Maximilian Friedersdorff
   8 :summary: Creating a USB stick for booting live Linux distributions with persistence
   9 :status: published
  10
  11 There exist numerous graphical tools for creating bootable USB drives. Some
  12 support creating USB drives that can boot into any number of Linux distributions,
  13 chosen at boot time.  Most of them support creating a persistence file or
  14 partition to allow you to save files or install additional applications.
  15
  16 Every time I need one, I find that a different one is recommended. Invariably it
  17 is not packaged for my current distribution.
  18
  19 This is a set of instructions for creating a multiboot USB stick with optional
  20 persistence for one of the installed distributions.
  21
  22 .. contents::
  23
  24 Get ISOs
  25 --------
  26
  27 Download whatever Live disk images you want to install.  Good ones are the
  28 Ubuntu install images, ArchLinux, Debian etc.  Software updates will consume a
  29 large amount of space and Kernel upgrades are likely impossible: Choose recently
  30 updated images.
  31
  32 Partition USB stick
  33 -------------------
  34 Use your favourite partitioning tool to create a `FAT32` partition at the
  35 beginning of the drive.  It needs to be large enough to contain all the disk
  36 images (ISOs) that you want to boot from, plus some space for the grub boot
  37 loader.
  38
  39 Using fdisk:
  40
  41 .. code-block:: console
  42
  43         # fdisk /dev/sdX
  44
  45         Welcome to fdisk (util-linux 2.34).
  46         Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
  47         Be careful before using the write command.
  48
  49         Command (m for help): o
  50         Created a new DOS disklabel with disk identifier 0xf0e82e51.
  51
  52         Command (m for help): n
  53         Partition type
  54            p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
  55            e   extended (container for logical partitions)
  56         Select (default p): p
  57         Partition number (1-4, default 1):
  58         First sector (2048-15633407, default 2048):
  59         Last sector, +/-sectors or +/-size{K,M,G,T,P} (2048-15633407, default 15633407): +2G
  60
  61         Created a new partition 1 of type 'Linux' and of size 2 GiB.
  62         Partition #1 contains a vfat signature.
  63
  64         Do you want to remove the signature? [Y]es/[N]o: y
  65
  66         The signature will be removed by a write command.
  67
  68         Command (m for help): t
  69         Selected partition 1
  70         Hex code (type L to list all codes): b
  71         Changed type of partition 'Linux' to 'W95 FAT32'.
  72
  73         Command (m for help): w
  74         The partition table has been altered.
  75         Syncing disks.
  76
  77 The above creates a 2G partition of the `FAT32` type.  My drive previously
  78 contained a `FAT32` file system, hence the warning.
  79
  80 Create file system
  81 ------------------
  82 Create a `FAT32` file system in the newly created partition:
  83
  84 .. code-block:: console
  85
  86         # mkfs.fat -F 32 /dev/sdX1
  87
  88 Install Grub
  89 ------------
  90
  91 Mount your `FAT32` partition and create a `grub` directory:
  92
  93 .. code-block:: console
  94
  95         # mount /dev/sdX1 /mnt/multiboot
  96         # mkdir /mnt/multiboot/grub
  97
  98 and install grub:
  99
 100 .. code-block:: console
 101
 102         # grub-install /dev/sdX \
 103                 --target=x86_64-efi \
 104                 --efi-directory=/mnt/multiboot/ \
 105                 --boot-directory=/mnt/multiboot/boot \
 106                 --removable
 107
 108 Copy ISOs
 109 ---------
 110
 111 Copy all ISOs that you want to be able to boot to some location on the `FAT32`
 112 partition:
 113
 114 .. code-block:: console
 115
 116         # mkdir /mnt/multiboot/iso_boot
 117         # cp /tmp/all_my_isos/*.iso /mnt/multiboot/iso_boot/
 118
 119 Configure Grub
 120 --------------
 121 Create a grub configuration file at `/mnt/multiboot/boot/grub/grub.cfg` and create
 122 one or more entries for every image that you want to boot. A grub configuration
 123 for booting just `Xubuntu 18.04` without persistence looks like this:
 124
 125 .. code-block:: cfg
 126
 127         set timeout=10
 128         set default=0
 129         insmod loopback
 130         insmod all_video
 131
 132         menuentry "Run Xubuntu 18.04 64 bit" {
 133                 loopback loop /iso_boot/xubuntu-18.04.2-desktop-amd64.iso
 134                 set gfxpayload=keep
 135                 linux (loop)/casper/vmlinuz boot=casper iso-scan/filename=/iso_boot/xubuntu-18.04.2-desktop-amd64.iso quiet splash ---
 136                 initrd (loop)/casper/initrd
 137         }
 138
 139
 140 The paths `/casper/vmlinuz` and `/casper/initrd` correspond to the locations
 141 of the kernel and initramfs inside the ISO respectively, which may be different
 142 between different distributions.
 143
 144 You can list the content of the ISO as follows:
 145
 146 .. code-block:: console
 147
 148    # modprobe loop
 149    # losetup /dev/loop0 /tmp/os_image.iso
 150    # partprobe /dev/loop0
 151    sh: dmidecode: command not found
 152    Warning: The driver descriptor says the physical block size is 2048 bytes, but Linux says it is 512 bytes.
 153    # mount /dev/loop0 /mnt/tmp
 154    mount: /mnt/tmp: WARNING: device write-protected, mounted read-only.
 155
 156 You can now list the contents of the ISO with standard tools. Look for files
 157 which contain `vmlinuz` and `initrd` or `initramfs` in the name.
 158
 159 The kernel options will likely also be different for different distributions.
 160 Ideally look at the grub configuration for the ISO that you want to install and
 161 copy the relevant kernel options from there.
 162
 163 Unmount the ISO and destroy the loop device when you are done:
 164
 165 .. code-block:: console
 166
 167    # umount /mnt/tmp
 168    # losetup -d /dev/loop0
 169
 170 Enable Persistence (Optional)
 171 -----------------------------
 172
 173 On Ubuntu, almost certainly on Ubuntu based distributions, probably on Debian
 174 and friends and maybe on other distributions, you can make use of a separate
 175 partition on the USB stick for persistence.  Setup is surprisingly trivial, but
 176 it will only be possible to enable this for a single installed image.
 177
 178 Create another partition on the USB stick and format it with the file system of
 179 your choice:
 180
 181 .. code-block:: console
 182
 183    # fdisk /dev/sdX
 184
 185    Welcome to fdisk (util-linux 2.34).
 186    Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
 187    Be careful before using the write command.
 188
 189
 190    Command (m for help): n
 191    Partition type
 192       p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
 193       e   extended (container for logical partitions)
 194    Select (default p): p
 195    Partition number (2-4, default 2):
 196    First sector (4196352-15633407, default 4196352):
 197    Last sector, +/-sectors or +/-size{K,M,G,T,P} (4196352-15633407, default 15633407): +4G
 198
 199    Created a new partition 2 of type 'Linux' and of size 4 GiB.
 200
 201    Command (m for help): w
 202    The partition table has been altered.
 203    Calling ioctl() to re-read partition table.
 204    Syncing disks.
 205
 206    # mkfs.ext4 -L casper-rw /dev/sdX2
 207    mke2fs 1.45.2 (27-May-2019)
 208    Creating file system with 1048576 4k blocks and 262144 inodes
 209    Filesystem UUID: f86ba47b-9049-4970-9050-07e95d7d0743
 210    Superblock backups stored on blocks:
 211            32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736
 212
 213    Allocating group tables: done
 214    Writing inode tables: done
 215    Creating journal (16384 blocks): done
 216    Writing superblocks and file system accounting information: done
 217
 218 Make sure the file system has the label `casper-rw`.  The size of the partition
 219 needs to be large enough to hold all the changes you make.  If you intend to
 220 update software on the USB stick you will need a few Gigabytes at least.
 221
 222 Finally edit the grub configuration file on the USB drive to add the option
 223 to boot with persistence enabled:
 224
 225 .. code-block:: cfg
 226
 227    menuentry "Run Xubuntu 18.04 64 bit - Persistent, in RAM" {
 228            loopback loop /iso_boot/xubuntu-18.04.2-desktop-amd64.iso
 229            set gfxpayload=keep
 230            linux (loop)/casper/vmlinuz boot=casper iso-scan/filename=/iso_boot/xubuntu-18.04.2-desktop-amd64.iso quiet splash persistent toram ---
 231            initrd (loop)/casper/initrd
 232    }
 233
 234
 235 The `persistent` option enables the persistence. The kernel (or the initramfs)
 236 will look for a partition labeled `casper-rw` on boot to use for the
 237 persistence.  A bonus: the `toram` option on Ubuntu will load the contents of
 238 the USB stick into RAM on boot, enabling relatively snappy behaviour after the
 239 boot process completes.
 240
 241 I'm not sure what the limits are on the choice of file system for the persistence
 242 partition.  `ext4` definitely works but `f2fs`, which is otherwise a desirable
 243 choice, did not work out of the box.  I haven't investigate further.