家用万兆FreeNAS组建
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Hardware
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12 分钟

介绍

我是一个很忠实的NAS用户，并且使用了FreeNas很多年，一直很稳定好用，也很想推荐给大家使用，就打算写这篇文章了，也没别的什么目的。

现在改名叫TrueNas,并且分支为TrueNas Core和TrueNas Scale。文章里面提及的FreeNas与TrueNas Core是一回事。

为什么选择FreeNas

  • 硬盘池的可拓展性
  • 数据的安全性
  • ZFS格式
  • 独特的缓存机制

什么样的用户适合FreeNas?

首先刚开始玩的小白并不适合用FreeNas，上手比较难，但当然一开始就选择FreeNas，花费多一点的学习成本，肯定也是一个不错的选择。FreeNas有很多缺点，比如上手比较难（相比群晖什么的），入门条件也比较高，但你一但会用了，是一件很棒的事情。我罗列了一下条件：

  • 你并不打算用FreeNas来做一个All in One(AIO)的服务器。FreeNas更适合单独使用作为存储使用，它的虚拟化真的不怎么样，我有另外一台PVE来专门做别的服务。

  • 你打算使用10GB万兆网络来使用FreeNas。其实FreeNas在万兆网络环境情况下才能体现优势，不然好像跟群晖之类的也没啥区别，设置还更难。

  • 你的7200转的硬盘数量必须大于或者等于10个。因为考虑万兆环境，我们并不喜欢通过加缓存提高读命中率的方式来达到万兆，直接10个盘来让读取速度达到恒定万兆读取。（当然你可以加读缓存，但缓存永远是有限的，你还要考虑命中率等问题，没意思）

  • 你的内存起码128GB，别慌，这其实不是很贵，比如我也会推荐DDR3的内存给X79用。


我该购买什么样的机器来运行FreeNas

在FreeNas的官网有很多标准配置，我自己也是按照官网以及前辈的推荐来购买的，这样可以避免走很多弯路。
清单一是我自己的配置，价格也还好比较适中。


清单一 （除机械硬盘外总计8991元）

  • 主板: 超微X10SRA-F 二手主板自带IPMI，这是我买服务器主板的首要条件，不然大机箱管理起来特别麻烦。 闲鱼买来950元

  • 内存：海力士HMA82GR7CJR8N-VK 16G X8 一共128G内存，其实我觉得还是有点不够，淘宝二手价格还行。 380元X8=3040元

  • CPU：E5-2680V3 我买的线程数有点多了，非常够用，可以考虑买便宜一点的。665元

  • 机箱：超微846 24盘位机箱。这款机箱淘宝有很多很多，并且自带背板，注意要问清楚自带的背板是SAS几的，最好买背板是SAS2或者SAS3的！如果机箱自带的是SAS1的话，你必须买回来把背板拆了，再买一个SAS2+的背板。1100元

  • 散热器：猫头鹰（NOCTUA）NH-D15S 买这个完全是为了静音。这个高度是刚好给这个4U机箱用的，你可以按照此款高度购买别的静音款风扇。 600元

  • 电源：PWS-920P-SQ 机箱自带的电源非常吵，不喜欢的话买这个，SQ结尾的是静音系列，这个机箱其实可以插两个电源，一个做冗余接在UPS，我买的是80块一个的成色非常差的（成色新的估计也只是抛光了一下），80元。

  • 机箱背板：BPN-SAS2-846EL1 如果能买到超微846机箱自带SAS2+的最好不过了，如果不行，请购买这款。当然你要SAS3的就购买BPN-SAS3-846EL1(这款海外EBAY上很多，淘宝上就见到过一两次) 960元

  • 机箱配件：机箱风扇，机箱开机键跳针 共200元

    • 背板后的风扇：ARCTIC F8 8cm X3 更换教程请看2分28秒

    • 机箱最后的出风口风扇：ARCTIC F8 8cm X2

    • 跳线：超微 CBL084L 机箱上连接开关电源键，指示灯的接口非常特殊，846机箱有很多版本，有的给X9用的，有的是X10用的。你可以自己制作公母杜邦线（PDD3块钱一大包），也可以购买我推荐的成品（淘宝有一家，EBAY无数家卖）。

  • SAS卡：LSI SAS 9217-8i 这款卡是给SAS2用的，有两个模式，自己刷成it模式，可以找淘宝店主直接帮你刷好。如果你买的是SAS3的背板，你需要购买LSI SAS 9300-8i，同样需要刷好it模式（以防万一，我会写一下刷IT模式的教程）。 闲鱼100元

  • SAS线：MINI-SAS线SFF-8087 X2，SAS2的线，80CM的。如果是买的SAS3背板请购买相应的线，两根46元

  • 万兆网卡：Intel 82599 万兆光口网卡 这张卡其实是我用黑苹果多余出来的。你可以买光口寨卡，82599或者mellanox的，都支持。但如果你购买万兆电口的话，尽可能购买原厂卡！（之前买的万兆寨卡一热就掉速） 闲鱼包含光模块250元（寨光卡）

  • 机械硬盘：自己看着办（西数的固件降速策略似乎不太兼容FREEBSD）。

  • 固态硬盘：intel s3510 1T 购买固态硬盘不是为了让他成为缓存什么的，因为ZFS的特殊性，尽可能设置PT软件（e.g. transmission）先把文件下载到固态，再自动转移到机械硬盘的池里，这主要是因为ZFS的特殊性而考虑。为什么买S3510呢？便宜吧，最主要是MLC，如果你用TLC做这个事，很快就会坏了的。1000元


清单二 （除机械硬盘外总计6780元）

  • 主板: 超微X9SRL-F 因为X9这一代的CPU单路支持IPMI的特别难找，这是我搜到的，可以试试搜搜别的单路更便宜的。800元

  • 内存：M386B4G70DM0-YK04 32G X4 因为是DDR3的内存所以超级便宜，可以考虑多买一点，一共128G总计1480元

  • CPU：E5-2650v2。根据自己情况可以选别的，165元

  • 机箱：同清单一，1100元

  • 电源，同清单一， 80元

  • 散热器：利民thermalright ITX-R REV.A 清单一的太贵了，从高度来说可以，但不知道挡不档内存，500元

  • 机箱背板：同清单一 960元

  • 机箱配件：同清单一 共200元

  • SAS卡：同清单一 闲鱼100元

  • 万兆网卡：同清单一 闲鱼包含光模块250元

  • 机械硬盘：同清单一

  • 固态硬盘：同清单一，1000元

当然，以上两个清单你不考虑噪音可以便宜一些。


安装

安装包括硬件和系统，首先是把SAS卡LSI SAS 9217-8i刷成it模式，再讲FreeNas的安装。

LSI SAS 9217-8i 刷成it模式

在家用FreeNas环境我没有推荐用阵列模式，一来是这个是家用而已，二来ZFS已经足够健壮了，把卡刷成直通的it模式就行了。

  • 下载如下软件

  • 准备一个U盘

    • 4G的U盘都够用了，不需要太大，但不要超过32G。
    • 把U盘格式化成Fat32格式，注意不要带任何ESP分区。

  • 把文件放入U盘

    • 解压Installer_P20_for_UEFI.zip，复制Installer_P20_for_UEFI\sas2flash_efi_ebc_rel\sas2flash.efi 至U盘根目录。
    • 解压UEFI_BSD_P20.zip，复制UEFI_BSD_P20\uefi_bsd_rel\Signed\x64sas2.rom 至U盘根目录。
    • 解压9207_8i_Package_P20_IR_IT_FW_BIOS_for_MSDOS_Windows.zip。复制Firmware\HBA_9207_8i_IT\9207-8.bin 至U盘根目录。当然如果你是9300-8i的SAS卡，到官网下载一下it固件，一样的。
    • 在同上一个目录复制sasbios_rel\mptsas2.rom 至U盘根目录。
  • 制作UEFI Shell启动项
    • 如果是超微主板，一般在开启选择启动画面是可以直接使用自带的UEFI Shell，那你就可以跳过此步骤。
    • 在U盘根目录创建一个名叫efi文件夹，进入此文件夹，再创建一个叫boot的文件夹，即efi/boot/。同此也创建一组boot/efi/的文件夹。因为老一点的主板路径对UEFI的识别路径不同，以防万一，做两个。
    • 下载 Shell_full.efi
    • 准备两份shell_full.efi，分别重命名为ShellX64.efi和BootX64.efi。
    • 把ShellX64.efi和BootX64.efi放入efi/boot/下，同样的，把这两个文件放到boot/efi/

      一般情况下，shell文件放在efi/boot/BootX64.efi即可，只是有些主板对UEFI的读取有点奇怪，记得要关了BIOS中的secure boot这个选项

  • 进入UEFI Shell

    • 开机按启动选择键，以U盘作为启动，进入UEFI shell，应该是一个类似如下的界面：
      e41a0684dd51574fd1cc6fed6c3d08fd55226f34.png

    • 如果你无法进入，提示错误，考虑一下升级主板bios以及确认主板是否支持UEFI启动，以及关闭主板的secure boot。

    • 在界面上你会看到检测出来的硬盘，确认哪个是你的U盘，进入那个U盘则输入fs0:

    • 接着输入dir，看看目录下的文件是否是U盘里之前放的，不是的话退出去，再找别的路径进来。

  • 刷入固件
    • 进入U盘根目录后，输入sas2flash.efi -listall，确保你的卡被识别出来（图片我随便找的，跟你的卡数值可能不同）。5a719c1baa02ba545539f89c3c77696dba3a1e60.jpg
    • 如果找不到这张卡，请确认这张卡是完好的，在bios设置界面中也能看到。
    • 输入sas2flash.efi -list，记录下16位SAS Address (图片也是网上找的，可能不同，红色框内的所有东西都记下来！！！！！！！).
      afae920ac73b9b7a6fa5b201efa5cf09dc4ddc00.png
    • 输入sas2flash.efi -o -e 7来删除当前固件。
    • 输入sas2flash.efi -o -f xxxxx.bin -b x64sas2.rom -b mptsas2.rom 写入新的固件。xxxxx.bin应该是你之前放入的固件名字，比如9207-8.bin。
    • 输入sas2flash.efi -o -sasaddhi XXXXXXX 写入SAS地址，其中XXXXXXX为刚才记录的SAS地址的前7位，一般是500开头。
    • 接着按提示输入剩下的sas地址的数字，不需要输入-。
    • 搞定，输入一下sas2flash.efi -list看看新的固件有没有刷进去。
    • 重启输入reset就可以用了。

FreeNas相关设置

怎么安装，怎么设置硬盘池，开共享目录那些就不说了，网上一大堆视频教程。如果是相关优化的话，因为每个人的机器需求不同，可以参考ZFS Tuning Guide。

相信新手碰到最头痛的肯定就是权限问题了，这里可以展开说一下。

FreeNas权限设置

其实这里有很多很多方法，我说一下我自己的吧，可能不是最好的办法，但是是我最习惯的办法。
一般新用户会去account里新建一个自己的用户，这个新的用户用来访问SMB,NFS等。比如我设置的用户叫做xjn，我打算用这个用户来使用所有的文件共享，我们就对所有的pool下面的datasheet的权限都给xjn，所有者和所有组都是（记得要apply permissions recursively)。提一嘴，如果是NFS共享，记得把Mapall User设置成xjn。

另一方面，我们可能会装一些jail来使用一些功能，比如安装transmission来下载，但是默认情况下，jail里transmission下载的所有文件都是归root用户所有，导致我们用自己的账户打不开这个文件。这里我们需要对transmission的权限给xjn这个用户，这样下载下来的文件都能打开了。

因为我不是特别喜欢freenas里面plugins一个插件一个jail的逻辑，我觉得你想要啥就全装在同一个jail里就够了。所以以下内容包括了设置权限，以及怎么手动装一个transmission（我打个比方而已）。

  • 获得你的gid uid
    在shell下输入:
    [email protected][~] id xjn
uid=1000(xjn) gid=1000(xjn) groups=1000(xjn),0(wheel),545(builtin_users)

    对，我给xjn这个用户多给了一个wheel的组，以防万一，你们可以参考一下。

得到我的这个xjn账户的uid和gid都是1000，记下来。



  • 确定你的目录权限，并且知道他的实际位置

相信你已经在存储页面（storage）下面建立好你的存储池（pool)了，并且建立了自己的datasheet，比如我的Pool叫做Home，并且在Home下建立了一个叫Media的dataset。点击Media最右边的设置按钮，修改权限，我们把这个dataset的权限修改成你自己的用户和组，而不是root。如图：

Screen Shot 2021-08-09 at 11.16.22 PM.png

你可以进入shell里查看自己的池：

cd /mnt
ls
#一般会输出你刚才创建的pool名字，我们这里叫Home
cd Home
ls -l
#输出的是你刚才创建的Media,并应该可以看到这个文件夹的所有人是xjn这个用户


这样就可以记下了我们的Media的实际目录是/mnt/Home/Media
  • 创建一个jail
    iocage create -n "myjail" -r 12.2-RELEASE vnet="on" ip4_addr="vnet0|10.10.10.4/24" defaultrouter="10.10.10.3" boot="on"
    我们创建一个叫做myjail的jail，使用的是12.2-RELEASE这个版本，把这个jail的ip地址设置成了10.10.10.4，并且本地的路由器地址是10.10.10.3。请根据自己情况改一下。


  • 在Jail中安装软件，我们假设装一个transmission。

    iocage exec myjail pkg update
iocage exec myjail pkg install -y nano transmission   #在刚才创建的myjail的容器里安装transmission以及nano编辑器


  • 在Jail中创建与主系统相连的文件目录
    我们这里默认刚才得到的下载目录是/mnt/Home/Media 我们需要把主系统的目录和jail下的目录连接起来。

    iocage exec myjail mkdir -p  /mnt/downloads #在myjail下创建一个叫做downloads的文件夹
iocage fstab -a myjail /mnt/Home/Media /mnt/downloads nullfs rw 0 0 #把主系统的Media与刚才在jail里创建的downloads连接起来。这样的话，到时候transmission下载到这个downloads文件夹，也等同于下载到了我们系统的Media目录下了。


  • 修改安装好的transmission的权限，保持与主系统一致。

因为直接安装的transmission会以root的权限运行，这样的话transmission下载下来的文件的权限都是root所有的，我们这个xjn用户是没有权限编辑它的。因此，我们要用xjn这个账户去运行transmission来保证程序正常运行。

第一步里，记录下来我的常用用户为xjn (uid=1000)，那么我们在这个jail里创建一个一模一样的用户：

iocage exec myjail "pw user add xjn -c xjn -u 1000 -d /nonexistent -s /usr/bin/nologin"
#创建好之后，输入：
iocage exec myjail id xjn
#看一下jail里这个xjn的ID是否跟主系统中的一致

如果你的主系统NAS有多个用户要用，你可以把所用的用户归类到同一个组里去。

我们把transmission的权限交给jail里xjn这个用户：

iocage exec myjail chown -R xjn:xjn /usr/local/etc/transmission
iocage exec myjail chown -R xjn:xjn /mnt/downloads
iocage exec myjail sysrc "transmission_enable=YES"
iocage exec myjail sysrc "transmission_download_dir=/mnt/downloads/"
iocage exec myjail sysrc "transmission_user=xjn"
iocage exec myjail sysrc "transmission_group=xjn"
  • 运行及调试
    做完以上内容，可以运行transmission了
iocage exec myjail service transmission start

不知道为什么，最新的transmission在运行后，要等十几分钟才能进网页端，慢慢等吧，ip地址是你刚才自己设置好的那个，端口号是9091，这个教程里的地址就是：

http://10.10.10.4:9091


你可能需要修改配置文件来符合自己的需求： 
iocage console myjail  #登陆你的jail
service transmission stop  #必须先停止transmission的主程序才能修改配置文件
nano /usr/local/etc/transmission/home/settings.json

修改如下两项：

"rpc-whitelist-enabled": false,

"umask": 7,

其他你看情况吧

修改完后⌃+X保存

搞定后输入

service transmission start
exit #退出jail，回到主系统

至此，完成。

强烈建议使用transmission配置文件中的incomplete-dir那个选项，把下载的东西先放到一个MLC的硬盘中，全下载完后，再自动移到主机械硬盘池。


FreeNas Tuning

刚才有说到官网的freenas tuning设置，因为每个人的习惯不同似乎没有一个比较统一的说法，这是我的微调：

  • vfs.zfs.dirty_data_max

这个值是脏数据，默认是4GB，但是我一般拷贝单个文件到NAS上，很多都是超过8G的，这样在持续写入一段时间后会掉速到机械硬盘池的真正写入速度，我就把这个值调整到了8589932492（8gb）来优化了体验，按照你的需求和物理限制更改。

  • vfs.zfs.arc_max

这个是真的“写缓存”，其实我用默认的调整还是不错的，没有啥固定标准我就不说了

MacOS Big Sur后的链接方式

这里分别说一下nfs和smb这两种链接方式吧。MacOS源于Freebsd，在MacOS的文件系统中是很早就开始支持Async multi-threads for NFS的，可以参考一下官网的BSD Overview。对MAC用户来说NFS肯定是连接Freebsd NAS的第一选择。

NFS

但是在Big Sur之后开始NFS莫名其妙就变得非常慢，查阅了很多资料，问题是：

  1. Big Sur 默认的包wsize risze非常小。
  2. MacOS 也许是考虑到了兼容性问题，默认的NFS链接方式是NFS v3，其实我们是可以用v4版本的。

解决这些问题，在Truenas的Service/NFS中最大化CPU数值，比如我的CPU有12个核心，在Number of Servers中填入12，并且打勾Enable NFSv4 & NFSv3 ownership model for NFSv4
Screen Shot 2021-10-02 at 1.53.12 PM.png

最后，在MacOS下修改/etc/nfs.conf，加入如下代码：

nfs.client.mount.options = vers=4.0,async,wsize=131072,rsize=131072

重启后生效。

另外如果考虑兼容性问题不能全都适用v4的话，可以在链接的时候这样输入

nfs://vers=4,NASIP/mnt/xxxx

你可以在terminal中输入nfsstat -m来检查链接方式是否正确。



SMB

看了Big Sur的一些更新记录，苹果在发力优化SMB，我们可以设置一下来优化的。
参考这个文章，可以把这个文件保存到MacOS的/etc/nsmb.conf，并重启MacOS。

另一方面SMB的Async multi threads在Freenas下默认只有2个线程，我们可以往上调。在freenas的web界面的services–SMB，点击设置–advance option，在Auxiliary parameters选项卡下面增加如下参数：

aio max threads = 100
aio read size = 1
aio write size = 1

保存即生效。

另外，MacOS 11.3开始支持SMB的multi-channel，可以参考官方文档自行设置体验，我没这个条件测试。

最后，我自己的看法是，两个BSD系统互相链接我当然优先选择NFS啦！

一些小问题

  • 是否需要自己加Slog以及L2arc？

你的网速是10gb，以及10个7200转的硬盘的话，不需要。SLOG是保证你数据绝对能写入，并不是帮你增加速度的，比较适用与金融场景，家用还是配好UPS吧。L2ARC的话是你内存不够用的情况下才用的，但是我们10个7200转的硬盘已经达到读取速度900+MB/S了，其实不需要读缓存了。设置多层存储或者说缓存的目的我觉得不是为了加速度（当然有这个效果），而是确保数据安全而用的。

  • 硬盘性能

买来先测一下硬盘的stroke和速度，

diskinfo -ctv /dev/daX
#X为你的硬盘编号，在管理页面的storage/disks下按照序列号对照过去

这是我刚用手机测的一块ST EXOS X16 12T的硬盘，刚好达到230MB的速度，stroke也很棒。西数固件似乎在FREEBSD下有兼容问题。
顺便提一下西数酷狼pro这个系列，我测出来的一些数据完全跟exos x16一摸一样，不知道除了酷狼pro提供一次免费数据修复之外，还有啥区别。

IMG_2776.PNG

  • 内存是否必须ECC？
    当然最好是ECC了，FreeNas先写入内存再写入硬盘，如果没有ECC的奇偶校验，可能，也许会有写入后文件出错的问题，虽然感觉这种已经是很小很小的概率了。当然，最主要是因为我买的的时候二手ecc内存比非ecc内存便宜多了。。。
    另一方面，我看到国内很多文章宣称Slog是写缓存，我觉得与我们理解的写缓存差别还是很大的，总而言之，Slog无法让你获得比将硬盘池的sync关闭后更快的速度。老老实实加ECC内存吧，ddr3内存来一斤。

如果你真的很需要多层存储，可以去研究一下这个玩意：Bcache


  • IO问题

我玩pt的时候老是遇到自己的垃圾mlc缓存盘因为过热，内存写入速度过快或者什么的导致缓存盘io suspend。请尽量确保你的pt缓存池已经打开了auto trim功能。买傲腾当pt缓存盘的不需要，傲腾不需要开启sync和A time功能。
如果你还是碰到io suspend的情况，请先关掉任何有关这个盘的进程。比如先把transmission的jail关了
然后输入：

zpool status #看看你的pt缓存池有没有error，一般会有好多好多。
zpool clear -F pt #我的pt缓存池就叫pt，按你自己情况写
zpool scrub pt  #scrub一下这个池

如果是过热导致的，你还是等他冷一会，或者自己加铜片加风扇什么的。。。

如果还是不行，使用smartctl查一下盘是不是挂了。。。

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