完全用RAM运行Ubuntu

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1. 目的

将Ubuntu18.04.1操作系统(arm64)完全运行在内存中。

2. 准备材料

Ubuntu 18.04.1 arm64安装iso.
arm64服务器/libvirtd/virt-manager.(在没有实体服务器的情况下,可以用虚拟机来模拟测试).

3. 步骤

最小化安装Ubuntu 18.04.1 操作系统, 根分区最好包含所有分区(all in one)。
安装完毕操作系统后,定制自己需要的软件包及准备环境后,删除所有的临时文件,尽量瘦身系统。这是因为内存定制化后,所有的文件在启动时将被加载到内存!全新安装的ubuntu大约占据约1.5GB的磁盘空间。
以下为定制为RAM启动的流程:

步骤一:
更改/etc/fstab文件内容,首先备份该文件:

# cp /etc/fstab /etc/fstab.bak

编辑/etc/fstab文件内容,找到标识根分区(/)的行,更改为以下内容(下为示例):

#/dev/mapper/ubuntu--vg-root /               ext4    errors=remount-ro 0       1
none / tmpfs defaults 0 0

步骤二:
更改initramfs中的local脚本内容, initramfs 包含的工具和脚本,在正式的根文件系统的初始化脚本 init 启动之前,就被挂载并完成相应的初始化工作。我们需要提前将磁盘根分区中的内容拷贝入tmpfs中,以便在/etc/fstab开始执行的时候找寻到正确的分区.

首先备份/usr/share/initramfs-tools/scripts/local文件:

# cp /usr/share/initramfs-tools/scripts/local /usr/share/initramfs-tools/scripts/local.bak   

编辑local文件,更改其Mount root部分的处理逻辑(约204行左右内容):

	# FIXME This has no error checking
	# Mount root
	#mount ${roflag} ${FSTYPE:+-t ${FSTYPE} }${ROOTFLAGS} ${ROOT} ${rootmnt}
	# Start of ramboottmp
        mkdir /ramboottmp
        mount ${roflag} -t ${FSTYPE} ${ROOTFLAGS} ${ROOT} /ramboottmp
        mount -t tmpfs -o size=100% none ${rootmnt}
        cd ${rootmnt}
        cp -rfa /ramboottmp/* ${rootmnt}
        umount /ramboottmp
        ### End of ramboottmp

保存该文件后,重新编译initramfs:

# mkinitramfs -o /boot/initrd.img-ramboot

编译成功后,将local文件替换会原来的版本:

# cp -f /usr/share/initramfs-tools/scripts/local.bak /usr/share/initramfs-tools/scripts/local

步骤三:
更改grub,以使用刚才编译出的initrd.img-ramboot来启动操作系统:

更改第一启动项中的/initrd行,替换为:

# chmod +w /boot/grub/grub.cfg
# vim /boot/grub/grub.cfg
.....
.....
        linux	/boot/vmlinuz-4.15.0-29-generic root=/dev/mapper/ubuntu--vg-root ro  
	initrd	/boot/initrd.img-ramboot
......
......
# chmod -w /boot/grub/grub.cfg

步骤四:
重启,重启时选择第一启动项,此时根分区会整体被加载到tmpfs中。

4. 性能对比测试

测试环境定义:

所有测试样例均在ramdisk主机及传统主机上运行并对比.

4.1 fio 4k随机读写

测试命令如下:

# fio --name TEST --eta-newline=5s --filename=fio-tempfile.dat --rw=randrw --size=500m --io_size=10g --blocksize=4k --ioengine=libaio --fsync=1 --iodepth=1 --numjobs=1 --runtime=60 --group_reporting
指标 内存型主机 传统主机
READ bw bw=513MiB/s (538MB/s) bw=85.0KiB/s (87.0kB/s)
READ io io=5133MiB (5382MB) io=5104KiB (5226kB)
READ iops IOPS=131k IOPS=21
WRITE bw bw=510MiB/s (535MB/s) bw=88.1KiB/s (90.2kB/s)
WRITE io io=5107MiB (5355MB) io=5288KiB (5415kB)
WRITE iops IOPS=131k IOPS=22

测试显示:4K随机读写的带宽对比,内存型主机是传统主机的约6000倍,读IOPS/写IOPS,内存型主机是传统主机的约6000倍。

4.2 fio 4k顺序读写

测试命令如下:

# fio --name TEST --eta-newline=5s --filename=fio-tempfile.dat --rw=rw --size=500m --io_size=10g --blocksize=4k --ioengine=libaio --fsync=1 --iodepth=1 --numjobs=1 --runtime=60 --group_reporting
指标 内存型主机 传统主机
READ bw bw=640MiB/s (671MB/s) bw=73.2KiB/s (75.0kB/s)
READ io io=5133MiB (5382MB) io=4396KiB (4502kB)
READ iops IOPS=164k IOPS=18
WRITE bw bw=637MiB/s (668MB/s) bw=76.8KiB/s (78.6kB/s)
WRITE io io=5107MiB (5355MB) io=4608KiB (4719kB)
WRITE iops IOPS=163k IOPS=19

测试显示:4K顺序读写的带宽对比,内存型主机是传统主机的约9000倍,读IOPS/写IOPS,内存型主机是传统主机的约9000倍。