最近有個老固態硬盤空下來了，雖然寫入速度沒那么快，但是足夠滿足千兆網絡了，所以我就想把現在給樹莓派使用的固態硬盤換下來。由于一些設置很浪費時間，所以我不打算重裝系統。此外這個老固態是 120GB 的，要小于正在使用的固態硬盤（512GB），所以一些常見的復制硬盤的方法就不能使用了。
本文只需要使用樹莓派，但是我是使用 SSH 訪問樹莓派的，所以截圖會是 macOS 的樣式。
在寫完文章后，我自己又照著重新弄了一遍，確定沒啥問題，但還是建議讀者先對重要文件進行備份，以防萬一。
為什么不使用dd或SD card copier
本文不會使用 CLI 程序dd或 GUI 應用程序 SD card copier。
不使用dd因為這些程序復制的時候，是把整個盤復制了，這就導致寫入肯定會失敗（目標盤小于目的盤）。而且速度很慢，就算盡量減少傳輸經過的控制器數量和提高傳輸接口，但是從固態寫固態也就是 30～45MB/s（不優化的話就 15～20MB/s）。
但是SD card copier 沒有這個問題。不使用 SD card copier 是因為我還要插 HDMI 的線，而且不適合平時備份等操作，所以想研究一下使用 CLI 的方式。如果你能使用桌面模式，那么推薦直接使用 SD card copier 應用程序。而且這種方法要快很多，速度能穩定在 50～70MB/s。
原理
本文的方法和 SD card copier 原理是一樣的：先在目標硬盤上分兩個區，啟動區（名稱為bootfs，格式為 Windows_FAT_32）和使用區（也被稱為根區名稱為rootfs，格式為 Linux），然后使用rsync復制，這樣速度也快很多。
如果在樹莓派上使用lsblk -f（這里只是為了演示，后面會介紹一個信息更詳細的工具）查看硬盤的結構和文件系統可以看到：
如果你好奇樹莓派的啟動分區
bootfs為啥不使用 ext4 文件系統，這是因為要求最小為 16 GiB，但是啟動區占這么大有點離譜了。此外，使用 FAT32 這種在 Windows、Linux、macOS 上都可以讀取的文件系統，也方便更改一些設置（樹莓派可以通過修改啟動區bootfs中的文件來修改一些配置的，比如 HDMI 級別等）。
由于啟動需要，我們需要分區是按照“啟動區-使用區”的順序存在于硬盤上。所以我們需要先格式化出啟動區，再將剩余部分格式化為使用區。
第一步：分區和新建文件系統
首先將兩個盤連到樹莓派上，記得將目標硬盤格式化成 Linux 可以識別的文件系統（Mac 上可以使用磁盤工具格式化為 exFAT，或者使用 Raspberry Pi Imager 將其格式化成 FAT32）。
接下來使用parted工具進行分區，倒不是因為可以進行交互操作，主要是可以顯示更詳細的分區信息，而且設置一些參數也更方便。
首先使用sudo parted -l命令當前連接的硬盤信息：
第一部分是系統盤，我們可以看到其中的每個分區的大小、起始地址、終止地址、文件系統等等信息。第二部分是我們的目標硬盤。
然后我們使用下面的命令在目標硬盤生成相似分區結構：
sudo parted /dev/sdb --script 'mklabel msdos mkpart primary fat32 4194.5kB 541MB mkpart primary ext4 541MB 120GB print quit'
/dev/sdb是目標盤的設備名稱。不要使用/dev/sdb1，這是已存在的分區名稱。- 使用
--script則不會進入交互模式，這樣一條命令即可完成操作。需要注意官方沒有使用這個選項，但是如果按照上面的內容，不使用該選項，直接尾接后面的命令，那么會摧毀整個硬盤的分區（會有提示）。 mklabel msdos設置分區模式為 MBR 格式。這里不使用gpt是因為系統上就是msdos（從上圖的Partition Table可以看到這個信息）。mkpart primary fat32 4194.5kB 541MB這部分是劃分啟動區的命令，primary表示是獨立分區（或者稱為“主分區”，對應的是“擴展分區”）。使用fat32文件系統，起始地址使用4194.5kB，因為樹莓派啟動是從第 8192 塊開始的，但是parted顯示的數值是有誤差的，以sudo fdisk -l的顯示內容為準。終止地址和系統盤的終止地址一樣就行。mkpart primary ext4 541MB 120GB這部分是劃分根區的命令，使用ext4文件系統，起始地址就是啟動區的終止地址，但是終止地址是硬盤的大小，也就是和最開始圖中顯示的終止地址一樣。print會打印出分區信息。exit會退出parted。
需要注意個命令不能拆成兩個，因為退出后再使用
mkpart會抹除原有分區，這樣最后還是生成一個分區。
顯示如下：
這時工作還未全部完成，我們需要手動給兩個分區手動創建一下FAT32和ext4文件系統，如下：
sudo mkfs.vfat -F 32 /dev/sdb1
sudo mkfs.ext4 -L rootfs /dev/sdb2
如果不進行這一步，那么會出現一些很奇怪的問題。前面分區的信息中，正確顯示了我們是創建了一個供ext4使用的分區，編號為2。但是如果你用sudo parted -l查看一下，會發現如下情況，File system一欄中，第二個分區沒有任何信息：
這時候加載這個分區發現會提醒以下錯誤信息：
$ sudo mount /dev/sdb2 /mnt/rootfs/
mount: /mnt/rootfs: wrong fs type, bad option, bad superblock on /dev/sdb2, missing codepage or helper program, or other error.dmesg(1) may have more information after failed mount system call.
mount: (hint) your fstab has been modified, but systemd still usesthe old version; use 'systemctl daemon-reload' to reload.
所以手動創建。
第二部：使用rsync進行復制
在使用rsync進行復制之前，需要將兩個分區加載一下。
首先是在/mnt/目錄下新建一個目錄，用來裝載根分區：
sudo mkdir /mnt/rootfs
然后裝載根分區：
sudo mount /dev/sdb2 /mnt/rootfs/
那么從哪復制（同步）到哪呢？還記得文章第一張圖中的內容嗎？顯示了系統盤上兩個分區對應的目錄：/boot/firmware（啟動分區）和/（根分區）。
首先是啟動分區：
sudo rsync -axHAWXS --numeric-ids --info=progress2 --exclude={"/mnt/","/boot/firmware/"} /* /mnt/rootfs這里的選項意思如下：
a是存檔模式，這會遞歸讀取目錄，不破壞符號鏈接、權限等信息。x表示不會跨越文件系統的邊界。H保留硬連接。A保留ACL（訪問控制表）。W禁用網絡傳輸使用的增量算法。由于這里是都是本地路徑，所以可以提高速度。S可以有效地處理稀疏文件，這樣傳輸完占用的空間更少。（不用這個的話，所有源文件可能 8GB，但是目的文件總和可能有 10GB）numeric-ids使用數字 ID，而不是映射。info=progress2會顯示傳輸進度和信息，而且是整個傳輸的進度和信息，而不是每個文件的統計信息。- 有幾個目錄不需要復制，因為是重復的，所以要使用
--exclude=來排除它們。在很多關于系統克隆的文章中，列出了其他可以忽略的目錄/dev、/sys、/proc，但是在我花了兩個小時搶救之后，可以確定像/dev、/sys、/proc這些都是不能忽略的，（關于如何搶救如果寫了一篇博客我會在這里列出鏈接）
這里解釋一下排除的兩個目錄。
- 第一個
/mnt/是避免重復復制，因為這里就是復制的目的地。不然會復制兩次甚至更多次。 - 最后一個
/boot/firmware/是因為這部分內容是啟動的內容，我們后面單獨復制（一起復制可能會跳過這部分）。
在復制/sys/目錄下的部分文件會提示一堆錯誤。這些錯誤不用管，因為不能讀取（顯示沒權限）或者是虛擬文件。詳細內容可以看看這個帖子：Why does rsync fail to copy files from /sys in Linux? - Unix & Linux stackexchange
由于前面排除了一些目錄，所以這里需要手動創建它們：
sudo mkdir /mnt/rootfs/mnt /mnt/rootfs/boot/firmware
然后就可以裝載啟動分區了：
sudo mount /dev/sdb1 /mnt/rootfs/boot/firmware/
然后就是復制啟動分區，這里大部分選項和啟動分區中的選項一樣：
sudo rsync -axHAWXS --numeric-ids --info=progress2 /boot/firmware/* /mnt/rootfs/boot/firmware/
如果你比較細心的話，會發現原先紅色的軟鏈接文件現在變藍了：
可以靠這個現象判斷是否復制成功。但是并不是所有的文件都能這樣判斷的，比如說/proc/中的一些軟鏈接文件可能需要后續自動更新和生成才能變紅。
第三步：修復/etc/fstab和/boot/cmdline.txt
/etc/fstab文件會列出啟動時自動掛載的所有磁盤分區。由于我們是直接復制的，UUID 對不上，所以需要手動進行修改。
使用sudo fdisk -l可以在Disk identifier部分看到硬盤的標識符，這個我們后面需要用：
可以看到/dev/sdb1和/dev/sdb2兩個分區的 UUID。根據這個內容對相應的文件進行修改，需要注意修改的文件是/mnt/rootfs/etc/fstab（路徑可能會有所不同），而不是系統盤中的/etc/fstab。
/mnt/rootfs/etc/fstab的兩個PARTUUID=的后面修改成對應的內容即可，如下（下圖是沒改完的，按理說兩個 UUID 只有后面編號不同）：
然后修改/mnt/rootfs/boot/cmdline.txt（這是個軟鏈接，實際文件在firmware中）中的相應部分（下圖中高亮部分）：
這時候就一切完工了。我們可以關機、拔掉原來的硬盤啟動試試看（一定要拔掉舊的，不然可能會用舊的啟動分區來啟動新的，我在實驗的時候遇到過，然后又搶救了一回硬盤）。
可以看到能直接使用，幾乎沒什么區別，使用sudo fdisk -l查看硬盤可以看到現在的/dev/sda是這個硬盤了。
希望能幫到有需要的人～
參考資料或擴展閱讀
本文雖然我付出了不少的時間和精力進行實驗和嘗試，但是也要感謝很多人編寫的博客為我提供了思路和解決方案。
How can I change the volume name of a FAT32 filesystem? - Unix & Linux stackexchange：這篇帖子介紹了如何給 FAT32 修改分區名。
How to Format Disk Partitions in Linux - Dejan Tucakov：從這篇文章中我才知道某些命令行分區工具并不會創建文件系統，然后我發現parted也是。
Clone File System Hierarchy to Another Disk With Rsync - Francesco Galgani：這篇文章介紹了如何使用rsync克隆磁盤，也為我解決了很多rsync復制的問題，還為我調整啟動引導提供了靈感。文章主要是關于大眾設備上的 Linux 系統，所以只提及了/etc/fstab，而且引導是通過 GRUB。樹莓派自己的系統的引導是通過config.txt和cmdline.txt文件進行的。如果你想嘗試 GRUB 引導啟動樹莓派，那么可以看看這個貼子GRUB on RPi 4 - Raspberry Pi Forums（我沒有嘗試，對內容實際意義不做保證）。
The config.txt file - Raspberry Pi Documentation：這是config.txt的官方文檔，雖然本文沒使用到config.txt，但是在這篇文檔中介紹了樹莓派的大致啟動流程，我也是從中發現cmdline.txt，才能完成最后的修復工作。
Raspberry Pi 4 and Raspberry Pi 5 Boot Flow - Raspberry Pi Documentation：這部分文檔介紹了詳細的啟動流程，作為擴展閱讀可以看看。
Raspberry Pi 4/400 Bootloader Firmware Update/Recovery Guide - James A. Chambers：這篇博客介紹了如何修復和更新樹莓派 4/400 的啟動器固件。因為兩個硬盤有時候不小心同時連接到樹莓派啟動，可能會導致啟動器固件出現問題。可以看看這篇文章修復固件。
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