本文主要是介绍如何克隆树莓派系统到较小的硬盘/SD卡上（如何分区、设置修复引导），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
最近有个老固态硬盘空下来了，虽然写入速度没那么快，但是足够满足千兆网络了，所以我就想把现在给树莓派使用的固态硬盘换下来。由于一些设置很浪费时间，所以我不打算重装系统。此外这个老固态是 120GB 的，要小于正在使用的固态硬盘（512GB），所以一些常见的复制硬盘的方法就不能使用了。
本文只需要使用树莓派，但是我是使用 SSH 访问树莓派的，所以截图会是 macOS 的样式。
在写完文章后，我自己又照着重新弄了一遍，确定没啥问题，但还是建议读者先对重要文件进行备份，以防万一。
为什么不使用dd或SD card copier
本文不会使用 CLI 程序dd或 GUI 应用程序 SD card copier。
不使用dd因为这些程序复制的时候，是把整个盘复制了，这就导致写入肯定会失败（目标盘小于目的盘）。而且速度很慢，就算尽量减少传输经过的控制器数量和提高传输接口，但是从固态写固态也就是 30～45MB/s（不优化的话就 15～20MB/s）。
但是SD card copier 没有这个问题。不使用 SD card copier 是因为我还要插 HDMI 的线，而且不适合平时备份等操作，所以想研究一下使用 CLI 的方式。如果你能使用桌面模式，那么推荐直接使用 SD card copier 应用程序。而且这种方法要快很多，速度能稳定在 50～70MB/s。
原理
本文的方法和 SD card copier 原理是一样的：先在目标硬盘上分两个区，启动区（名称为bootfs，格式为 Windows_FAT_32）和使用区（也被称为根区名称为rootfs，格式为 Linux），然后使用rsync复制，这样速度也快很多。
如果在树莓派上使用lsblk -f（这里只是为了演示，后面会介绍一个信息更详细的工具）查看硬盘的结构和文件系统可以看到：
如果你好奇树莓派的启动分区
bootfs为啥不使用 ext4 文件系统，这是因为要求最小为 16 GiB，但是启动区占这么大有点离谱了。此外，使用 FAT32 这种在 Windows、Linux、macOS 上都可以读取的文件系统，也方便更改一些设置（树莓派可以通过修改启动区bootfs中的文件来修改一些配置的，比如 HDMI 级别等）。
由于启动需要，我们需要分区是按照“启动区-使用区”的顺序存在于硬盘上。所以我们需要先格式化出启动区，再将剩余部分格式化为使用区。
第一步：分区和新建文件系统
首先将两个盘连到树莓派上，记得将目标硬盘格式化成 Linux 可以识别的文件系统（Mac 上可以使用磁盘工具格式化为 exFAT，或者使用 Raspberry Pi Imager 将其格式化成 FAT32）。
接下来使用parted工具进行分区，倒不是因为可以进行交互操作，主要是可以显示更详细的分区信息，而且设置一些参数也更方便。
首先使用sudo parted -l命令当前连接的硬盘信息：
第一部分是系统盘，我们可以看到其中的每个分区的大小、起始地址、终止地址、文件系统等等信息。第二部分是我们的目标硬盘。
然后我们使用下面的命令在目标硬盘生成相似分区结构：
sudo parted /dev/sdb --script 'mklabel msdos mkpart primary fat32 4194.5kB 541MB mkpart primary ext4 541MB 120GB print quit'
/dev/sdb是目标盘的设备名称。不要使用/dev/sdb1，这是已存在的分区名称。- 使用
--script则不会进入交互模式，这样一条命令即可完成操作。需要注意官方没有使用这个选项，但是如果按照上面的内容，不使用该选项，直接尾接后面的命令，那么会摧毁整个硬盘的分区（会有提示）。 mklabel msdos设置分区模式为 MBR 格式。这里不使用gpt是因为系统上就是msdos（从上图的Partition Table可以看到这个信息）。mkpart primary fat32 4194.5kB 541MB这部分是划分启动区的命令，primary表示是独立分区（或者称为“主分区”，对应的是“扩展分区”）。使用fat32文件系统，起始地址使用4194.5kB，因为树莓派启动是从第 8192 块开始的，但是parted显示的数值是有误差的，以sudo fdisk -l的显示内容为准。终止地址和系统盘的终止地址一样就行。mkpart primary ext4 541MB 120GB这部分是划分根区的命令，使用ext4文件系统，起始地址就是启动区的终止地址，但是终止地址是硬盘的大小，也就是和最开始图中显示的终止地址一样。print会打印出分区信息。exit会退出parted。
需要注意个命令不能拆成两个，因为退出后再使用
mkpart会抹除原有分区，这样最后还是生成一个分区。
显示如下：
这时工作还未全部完成，我们需要手动给两个分区手动创建一下FAT32和ext4文件系统，如下：
sudo mkfs.vfat -F 32 /dev/sdb1
sudo mkfs.ext4 -L rootfs /dev/sdb2
如果不进行这一步，那么会出现一些很奇怪的问题。前面分区的信息中，正确显示了我们是创建了一个供ext4使用的分区，编号为2。但是如果你用sudo parted -l查看一下，会发现如下情况，File system一栏中，第二个分区没有任何信息：
这时候加载这个分区发现会提醒以下错误信息：
$ 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.
所以手动创建。
第二部：使用rsync进行复制
在使用rsync进行复制之前，需要将两个分区加载一下。
首先是在/mnt/目录下新建一个目录，用来装载根分区：
sudo mkdir /mnt/rootfs
然后装载根分区：
sudo mount /dev/sdb2 /mnt/rootfs/
那么从哪复制（同步）到哪呢？还记得文章第一张图中的内容吗？显示了系统盘上两个分区对应的目录：/boot/firmware（启动分区）和/（根分区）。
首先是启动分区：
sudo rsync -axHAWXS --numeric-ids --info=progress2 --exclude={"/mnt/","/boot/firmware/"} /* /mnt/rootfs这里的选项意思如下：
a是存档模式，这会递归读取目录，不破坏符号链接、权限等信息。x表示不会跨越文件系统的边界。H保留硬连接。A保留ACL（访问控制表）。W禁用网络传输使用的增量算法。由于这里是都是本地路径，所以可以提高速度。S可以有效地处理稀疏文件，这样传输完占用的空间更少。（不用这个的话，所有源文件可能 8GB，但是目的文件总和可能有 10GB）numeric-ids使用数字 ID，而不是映射。info=progress2会显示传输进度和信息，而且是整个传输的进度和信息，而不是每个文件的统计信息。- 有几个目录不需要复制，因为是重复的，所以要使用
--exclude=来排除它们。在很多关于系统克隆的文章中，列出了其他可以忽略的目录/dev、/sys、/proc，但是在我花了两个小时抢救之后，可以确定像/dev、/sys、/proc这些都是不能忽略的，（关于如何抢救如果写了一篇博客我会在这里列出链接）
这里解释一下排除的两个目录。
- 第一个
/mnt/是避免重复复制，因为这里就是复制的目的地。不然会复制两次甚至更多次。 - 最后一个
/boot/firmware/是因为这部分内容是启动的内容，我们后面单独复制（一起复制可能会跳过这部分）。
在复制/sys/目录下的部分文件会提示一堆错误。这些错误不用管，因为不能读取（显示没权限）或者是虚拟文件。详细内容可以看看这个帖子：Why does rsync fail to copy files from /sys in Linux? - Unix & Linux stackexchange
由于前面排除了一些目录，所以这里需要手动创建它们：
sudo mkdir /mnt/rootfs/mnt /mnt/rootfs/boot/firmware
然后就可以装载启动分区了：
sudo mount /dev/sdb1 /mnt/rootfs/boot/firmware/
然后就是复制启动分区，这里大部分选项和启动分区中的选项一样：
sudo rsync -axHAWXS --numeric-ids --info=progress2 /boot/firmware/* /mnt/rootfs/boot/firmware/
如果你比较细心的话，会发现原先红色的软链接文件现在变蓝了：
可以靠这个现象判断是否复制成功。但是并不是所有的文件都能这样判断的，比如说/proc/中的一些软链接文件可能需要后续自动更新和生成才能变红。
第三步：修复/etc/fstab和/boot/cmdline.txt
/etc/fstab文件会列出启动时自动挂载的所有磁盘分区。由于我们是直接复制的，UUID 对不上，所以需要手动进行修改。
使用sudo fdisk -l可以在Disk identifier部分看到硬盘的标识符，这个我们后面需要用：
可以看到/dev/sdb1和/dev/sdb2两个分区的 UUID。根据这个内容对相应的文件进行修改，需要注意修改的文件是/mnt/rootfs/etc/fstab（路径可能会有所不同），而不是系统盘中的/etc/fstab。
/mnt/rootfs/etc/fstab的两个PARTUUID=的后面修改成对应的内容即可，如下（下图是没改完的，按理说两个 UUID 只有后面编号不同）：
然后修改/mnt/rootfs/boot/cmdline.txt（这是个软链接，实际文件在firmware中）中的相应部分（下图中高亮部分）：
这时候就一切完工了。我们可以关机、拔掉原来的硬盘启动试试看（一定要拔掉旧的，不然可能会用旧的启动分区来启动新的，我在实验的时候遇到过，然后又抢救了一回硬盘）。
可以看到能直接使用，几乎没什么区别，使用sudo fdisk -l查看硬盘可以看到现在的/dev/sda是这个硬盘了。
希望能帮到有需要的人～
参考资料或扩展阅读
本文虽然我付出了不少的时间和精力进行实验和尝试，但是也要感谢很多人编写的博客为我提供了思路和解决方案。
How can I change the volume name of a FAT32 filesystem? - Unix & Linux stackexchange：这篇帖子介绍了如何给 FAT32 修改分区名。
How to Format Disk Partitions in Linux - Dejan Tucakov：从这篇文章中我才知道某些命令行分区工具并不会创建文件系统，然后我发现parted也是。
Clone File System Hierarchy to Another Disk With Rsync - Francesco Galgani：这篇文章介绍了如何使用rsync克隆磁盘，也为我解决了很多rsync复制的问题，还为我调整启动引导提供了灵感。文章主要是关于大众设备上的 Linux 系统，所以只提及了/etc/fstab，而且引导是通过 GRUB。树莓派自己的系统的引导是通过config.txt和cmdline.txt文件进行的。如果你想尝试 GRUB 引导启动树莓派，那么可以看看这个贴子GRUB on RPi 4 - Raspberry Pi Forums（我没有尝试，对内容实际意义不做保证）。
The config.txt file - Raspberry Pi Documentation：这是config.txt的官方文档，虽然本文没使用到config.txt，但是在这篇文档中介绍了树莓派的大致启动流程，我也是从中发现cmdline.txt，才能完成最后的修复工作。
Raspberry Pi 4 and Raspberry Pi 5 Boot Flow - Raspberry Pi Documentation：这部分文档介绍了详细的启动流程，作为扩展阅读可以看看。
Raspberry Pi 4/400 Bootloader Firmware Update/Recovery Guide - James A. Chambers：这篇博客介绍了如何修复和更新树莓派 4/400 的启动器固件。因为两个硬盘有时候不小心同时连接到树莓派启动，可能会导致启动器固件出现问题。可以看看这篇文章修复固件。
这篇关于如何克隆树莓派系统到较小的硬盘/SD卡上（如何分区、设置修复引导）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
