Файловый сервер на чем собрать

NAS для дома своими руками

Его можно тушить, и в бульон покрошить,
И подать с овощами неплохо.

Льюис Кэрролл, Охота на Снарка

N. B. Это статья не про модель оборудования и не про версию программного продукта. Она про концепцию создания NAS своими руками и предлагает рассмотреть другие варианты решения задачи, кроме покупки готового устройства. Тема длинная, ветка (далее «профильная») на форуме насчитывает под тысячу страниц обсуждения. Народ там вежливый и отзывчивый. Это как бы намек на то, что статья не претендует на полноту, академичность или истину в последней инстанции.

Что за NAS-то?

По словам Википедии, NAS (англ. Network Attached Storage) — сетевая система хранения данных, сетевое хранилище. Представляет собой компьютер, подключенный к сети и предназначенный для предоставления сервисов хранения данных другим устройствам. Операционная система и программы NAS-модуля обеспечивают работу хранилища данных и файловой системы, доступ к файлам, а также контроль над функциями системы. Устройство не предназначено для выполнения обычных вычислительных задач, хотя запуск других программ на нем может быть возможен с технической точки зрения. Обычно NAS устройства не имеют экрана и клавиатуры, а управляются и настраиваются по сети, часто с помощью браузера.

Определение не идеальное, но вполне рабочее. NAS используют и в бизнесе, но там свои требования и особенности. Нас же будет интересовать домашнее использование NAS.

К идее собрать NAS своими руками люди приходят обычно двумя путями, причем часто — обоими сразу. Когда дома один компьютер, NAS не нужен. Постепенно появляются другие сетевые устройства. Ноутбуки, смартфоны, планшеты. А особенно — сетевые HD-медиаплееры, всякие Dune, Popcorn, WD TV и им подобные. Именно с приобретением сетевого медиаплеера человек зачастую начинает накапливать терабайты информации. Сначала она хранится на сменных жестких дисках, подключаемых к медиаплееру и/или на все добавляемых в основной компьютер. Скоро дисков становится слишком много для удобного пользования, а круглосуточно тихонько жужжащий компьютер, заодно качающий что-то из интернета, начнет раздражать если не вас, то вашу дражайшую половину. Возникает идея собрать эту кучу дисков в отдельную коробку, засунуть куда-нибудь в угол и поручить ей раздавать контент всем сетевым устройствам и качать торренты. Поздравляю, вы пришли к NAS по первому пути. По дороге обязательно взглянули на готовые NAS, из коробки. Но цена.

Второй путь лежит через аппаратные апгрейды. В результате накапливается несколько менее кубометра комплектующих, которые продать трудно, а подарить некому. Плюшкин внутри нас находит им полезное применение в идее соорудить NAS. А заодно удовлетворить свою тягу покопаться в кишках у компьютера. Не зря один веселый американец писал, что работа с компьютером — единственный сегодня легальный способ помыкать кем-то, кто умнее тебя.

Конечно, есть и другие пути. Например, вы — увлеченный фотограф и нуждаетесь в надежном хранении многолетних архивов. Или любящий родитель, снимающий на видео каждый шаг своего малыша. И т.д. Вот только редко такие сценарии приводят к сборке NAS своими руками. Гораздо чаще — к покупке готового из коробки. Потребности таких пользователей уверенно удовлетворяются 1-2 дисковыми моделями готовых NAS. Собрать самому что-то аналогичное по размерам, шумности и цене 1-2 дисковым моделям любителю-неофиту трудно, если вообще возможно.

В защиту готовых NAS стоит отметить, что они предоставляют множество возможностей и функций «из коробки», требующих минимальной установки/настройки/тюнинга. Так что на самом деле в их стоимость нужно заложить и работу программистов, технической поддержки и пр.

Ситуация кардинально меняется, если 1-2 дисков не хватает, а есть потребность в 4 и больше. Маркетологи производителей устанавливают на них ценовой уровень, который знакомого с компьютерным ценником человека ввергает в состояние фрустрации (хотя произносят они при этом куда как более народные слова). И человек начинает выбирать аппаратную конфигурацию, к которой мы и переходим. Хотя ему стоило бы начать с программной, но против природы не попрешь.

Железо зависит от используемого софта. Софт — от поставленных задач. А корректная постановка задачи сроду не была сильным местом домашнего мастера. Поэтому он начинает с железа. Если к построению NAS мы пришли с мешком оставшихся от апгрейдов деталей, то хорошая новость в том, что они подойдут, пусть не оптимально. Даже не глядя.

По амбару помела

Скорее всего, оставшееся от апгрейдов железо таким требованиям удовлетворит. А если еще и шуметь будет не очень (или есть куда убрать) — то вообще повезло. Можно начать экспериментировать.

Индпошив

Если вы собираете NAS из специально приобретаемых компонентов, то сначала стоит определиться с пожеланиями. В большинстве случаев (но нельзя объять необъятное) запросы делятся на три группы, условно «тихо-компактно», «эффективно-расширяемо» и «сервер-так-сервер». Уточню, что однозначно правильный вариант не существует. Ведь взвешивает пожелания, затраты и свои возможности сам пользователь. А вот неправильный — возможен. Когда результат не удовлетворяет явно или неявно заданным при проектировании требованиям. Например, супруга заявит, что коробка, конечно, большая. Но воет как самолет, и жить она в одной квартире с ней не согласна. Или собранная под пассив система не выдерживает испытания летом. Или банально затыкается видео при просмотре по сети. Поэтому пожелания лучше обдумать на берегу. Особенно — неявные.

Тихо-компактно

Этот набор требований сформирован под влиянием готовых NAS. Хочу компактный и тихий, но чтобы влезало 4 диска (часто 6, иногда больше). Такие требования обычно приводят к выбору материнской платы Mini-ITX с впаянным Atom-подобным процессором, размещенной в компактном корпусе. Примеры — чуть ниже.

Есть очень неплохое преконфигурированное решение — HP Proliant Microserver (100+ страниц обсуждения). Компактно, разумно по цене (от 12 000 на момент), 4 жестких диска, пятый можно вставить вместо ODD, излишнего в NAS. И с помощью небольшого бубна заставить нормально работать предназначенный для ODD SATA порт. Недостатки — далеко не мощный процессор, но для многих сценариев — достаточный. Если микросервер вас устроил, отправляемся в главу про софт.

Если нет — сначала выбираем корпус под желаемое число дисков (нужен или нет диск под систему, зависит от ОС. В главе про софт и обсудим.). Здесь в схватке понтов эстетического чувства с жадностью со стремлением к эффективным затратам проходит первая проверка на прочность концепции «тихо-компактно». Красивые компактные корпуса недешевы. Если победа за жабой стремлением к эффективности, идем в главу эффективно-расширяемо. Туда же отправляемся, если выбранный корпус допускает установку материнской платы microATX. Если победила эстетика — подбираем материнскую плату Mini-ITX (Mini-DTX). Первое требование — максимум портов SATA (можно с учетом eSATA). В принципе, настольные варианты с 6 SATA-портами выпускались. Но удастся ли найти здесь и сейчас — вопрос. Если не хватает портов, SATA-контроллеры PCIe на 2 и даже 4 порта достаточно доступны. Для них, естественно, нужен слот PCIe. С учетом того, что он в Mini-ITX — единственный, расширяемость на этом и заканчивается.

Примеры все из реальной жизни, часто с доработками и дополнительными фото — см. FAQ в профильной ветке, раздел 3.1

По поводу «тихо» есть тонкости. Первый порыв — «полный пассив». Однако в большинстве случаев принимается аргумент о том, что 4-6 дисков будут производить больше шума, чем хороший 120-миллиметровый вентилятор с заниженными оборотами. В любом случае надо понимать, что за все надо платить и компактный корпус при прочих равных окажется шумнее более просторного стандартного с большими вентиляторами.

Очевидная особенность впаянного процессора — производительность. Если ее недостаточно, подавляющее большинство отказывается от формата Mini-ITX. Но, полноты ради, надо сказать, что это не обязательно, ср. конфигурацию от маэстро padavan.

В декабре прошлого года были анонсированы Intel Atom S1200 (Centerton) серверного назначения. Когда появятся в продаже — могут оказаться интересным вариантом для домашнего NAS. Поддержка ECC-памяти, Intel Virtualization (VT-x), 8 линий PCI-E, 8 ГБ памяти — этого хватит для большинства вариантов.

Эффективно-расширяемо

Значительная часть NAS-остроителей — кто сразу, кто столкнувшись с ограничениями вариантов на Atom-подобных процессорах, — решает собрать конфигурацию, допускающую серьезное расширение. По процессору, памяти, но прежде всего — по числу дисков. Как уже говорилось, готовые NAS даже на 4 диска недешевы, а на 8-10 уже запретительно дороги для дома. В то же время, подобрать достаточно просторный корпус нетрудно. Например, в моем корпусе, оставшемся от апгрейда Крафтвеевского компьютера (на корпусном железе тогда не экономили), сейчас живет 7 шт. 3,5″ дисков и без особых проблем можно установить еще 3. При выборе корпуса под действительно большое число дисков стоит смотреть в сторону моделей со многими 5,25″ слотами, в которые затем ставить корзины с обдувом, используя 5,25″ слоты для четырех 3,5″ дисков. См. пример в главе «Затраты».

Так как NAS работает 24/7, хотелось бы процессор энергоэффективный (в Москве ватт в год стоит 35 руб). Intel Sandy Bridge и Ivy Bridge серьезно снижают энергопотребление в простое, а ведь NAS львиную долю времени загружен крайне слабо. Поэтому суточное энергопотребление такого NAS может оказаться существенно ниже, чем у варианта на Atom, который не умеет снижать потребление в простое. Какую именно модель процессора взять, зависит от того, требуется ли делать транскодинг видео в реальном времени.

Многие современные телевизоры имеют функциональность DLNA, позволяющую принимать видео по локальной сети. Проблема в том, что понимают они лишь некоторые варианты кодировки. И часто вовсе не те, что используют рипы и ремуксы, водящиеся на просторах Сети. Задачу можно решить несколькими способами. (1) Искать кино в формате, который поминает ваш телевизор. Это хвост, виляющий собакой. (2) Перекодировать на компьютере кино под запросы телевизора. Это потери времени и возможно только для самостоятельно снятого видео. (3) Нагрузить NAS перекодировкой в реальном времени и (4) Купить медиаплейер, то есть небольшую коробочку, которая получает, с том числе по сети с NAS, видео как файлы и снабжает в телевизор с ресивером аудио-видео сигналом, обычно по HDMI. Если Вы выбрали вариант (3), то надо изучать спецификации телевизора и смотреть в районе Core i7. Плюс из-за ограничений в DLNA вообще, и в реализации этой маркетинговой идеи в вашем телевизоре в частности, полной всеядности получить не удастся. Вариант (4) на современном уровне цен оказывается не только проще и функциональнее, но и дешевле. Тогда как процессор NAS подойдет фактически любой младший Pentium или Celeron 2-го или 3-го поколений Core. Можно взять i3, благо в сравнении с ценой дисков разница будет ничтожна. Выбирайте на вкус. Для быстрой справки или детального окончательного сравнения моделей-кандидатов можно использовать раздел тестирования процессоров на iXBT. Я себе взял Intel Pentium G2120 как младший на то момент Ivy Bridge. Младшие Sandy Bridge дешевы и более чем достаточны.

Кулер выбирается по вкусу, память — по требованиям выбранной OC. Тут возможен разброс от гигабайта до 32.

Блок питания вынесен в отдельную главу.

Примеры описанного варианта:

Сервер-так-сервер

Существует «премиальная» категория NASостроителей, которые по объективным или субъективным причинам строят NAS из серьезных и дорогих серверных компонентов. Энтузиасты экспериментируют с 10-гигабитными сетевыми решениями. Помните, что серверные конфигурации зачастую по габаритам и шуму не вполне совместимыми с жилыми помещениями. Возможность использования ECC-памяти — наиболее очевидное преимущество подхода. Файловая система ZFS, используемая в данном сегменте домашнего NASостроения, активно использует память. При этом сбой в памяти может привести к оставшемуся незамеченным искажению данных. ECC-память решает проблему, но для ее использования в варианте Intel нужны серверные процессоры (есть интересные исключения, например Pentium G2120) и материнские платы.

Зачастую используется виртуализация и несколько гостевых OC решают задачи, у каждого — какие-то свои. Распространен вариант, когда SATA-контроллер пробрасывается в виртуальную машину, выполняющую функцию хранилища (Solaris или FreeBSD c zfs). Из этой VM дисковая емкость экспортируется по NFS или iSCSI для гипервизора и других VM. От дальнейшего объяснения того, в чем сам не сильно разбираюсь, воздержусь и приведу реальные примеры.

SATA/SAS-контроллеры

Bетка по теме, есть FAQ. Обязательно уточните поддержку дисков больше 2,2 ТБ. Важная информация по контроллерам под *nix содержится в регулярно обновляемой англоязычной статье «From 32 to 2 ports: Ideal SATA/SAS Controllers for ZFS & Linux MD RAID».

Пригодные контроллеры бывают двух типов: аппаратные RAID и HBA. HBA (host base adaptor) просто отдает независимые SATA-порты. Их можно использовать для подключения отдельных дисков или построить программный массив. Именно HBA чаще всего и используются в домашних NAS.

PCI-контроллеры упираются в шину, а построить массив — будет медленно. Если обращение в каждый момент времени идет к одному, максимум двум дискам на таком контроллере — скорости может вполне хватить. Для устаревшей шины наиболее популярны модели на чипе SiL3114 на 4 SATA-порта.

PCIe. Для 2 портов SATA HBA-контроллеров много, например Marvell 88SE9128, 88SE9125 или 88SE9120. Для 4 портов есть STLab A-370, PCI-e 4x на Marvell 88SX7042. В Linux и FreeBSD поддерживается, в Solaris — нет.

Для 8 портов цены в лоб кусаются. Популярны SAS-карты на чипе LSI SAS2008, в частности IBM ServeRAID M1015. M1015 часто входит в базовую конфигурацию серверов, а при запуске сервера ее меняют на более серьезный контроллер. Поэтому на ebay часто можно найти менее чем за 100 баксов. А повезет — и дешевле, и даже в Москве и Питере. В состоянии поставки IBM ServeRAID M1015 для домашнего NAS малопригодна, т. к. объединяет все диски в JBOD, а мы хотим HBA. Привожу тот вариант перепрошивки, что проверил сам. IBM ServeRAID M1015 Part 4: Cross flashing to a LSI9211-8i in IT or IR mode. Кстати, предыдущие 3 части статьи подробно описывают сам контроллер. В прошивке самое трудное — подобрать подходящую материнскую плату. Из трех матерей, что у меня дома — подошла одна.

Для подключения M1015 к SATA дискам нужен кабель (точнее два, т. к. на карте 2 мини SAS-порта), с разъемом SFF-8087 с одной стороны и 4 SATA-разъемами с другой. Кабель бывает прямой и реверсивный, нам нужен прямой, реверсивный встречается гораздо реже.

Аппаратный RAID — удовольствие для дома дорогое, особенно с учетом BBU, «батарейки». Использовать без нее — просить неприятностей.

Заодно стоит предостеречь о RAID функциональности материнских плат настольного класса и недорогих контроллеров, т. н. Fake RAID. IMHO вреда тут гораздо больше, чем пользы. Прежде чем такое использовать, смоделируйте проблемную ситуацию. Когда один из дисков массива вышел из строя. Когда сгорела сама материнская плата (ведь точно такая же у вас на полке не лежит?). По результатам принимайте решение.

Жесткие диски

Развитие современных жестких дисков идет по пути бери-больше-кидай-дальше. В результате жесткие диски потребительского класса превратились в дорогой расходный материал. Для применения в домашних NAS разумно использовать массивы с избыточностью. И помнить, что ни один RAID не заменяет Backup. Что касается моделей и производителей, в условиях быстрой смены моделей понять, какой диск хорош, а какой плох, можно лишь ближе к окончанию продаж модели. А в целом современные диски одной цены примерно одинаковы, выбирают из личных предпочтений. В большинстве случаев используются самые массовые «зеленые» диски общего назначения из-за минимальной цены за терабайт, которая сейчас приходится на диски емкостью 3 TБ. В принципе, доступны и специально позиционированные для NAS диски. Что там маркетинг, а что полезная функциональность — каждый решает самостоятельно.

И еще некоторые, включая автора, полагают, что диски одной модели из одной партии имеют хороший шанс и отказать примерно в одно и то же время. Поэтому массив из них собранный имеет хорошие шансы умереть во время восстановления, несмотря на избыточность. Для надежности можно купить диски разных партий, иногда даже разных моделей. Впрочем, решать вам, т.к. некоторые не только считают такой подход чушью, но и справедливо указывают, что зоопарк дисков приведет к зоопарку проблем. Если у каждой модели проблема своя, то собрав их вместе, вы получите весь их набор. Решать снова вам.

Из общих соображений кажется, что когда диск не используется — его лучше остановить. Да, это дает экономию в пару ватт на шпиндель. Но, как показывает опыт, сокращает время жизни диска. Неоднократно были сообщения, что из двух одинаковых массивов, один из которых работал 24/7, а другой — изредка включался, именно во втором диски вылетали много раньше. Диск сконструирован, чтобы крутиться. Для него гораздо вреднее старт-стоп нагрузки. Примерно как для лампочки, которая больше перегорает от включений-выключений, а не от того, что светит.

Использование SSD для хранения информации в NAS стоит дорого и не дает эффекта, так как скорость ограничивается сетью. Системный диск в NAS — зачастую флешка, ОС грузится раз и работает 24/7. Так что SSD под систему в большинстве случаев не дает эффекта. Развернутые системы могут использовать SSD для кеширования записи и чтения в тяжело нагруженных массивах, но это очень специальные случаи.

Охлаждение

Процессоры в NAS энергоэффективные, часто искусственно замедленные. Для их охлаждения хватает рядовых кулеров. Нередко процессорный кулер — пассивный, использующий поток корпусного вентилятора.

Дисков много, 4 минимум, бывает и больше десятка. Для зеленых дисков достаточно небольшого воздушного потока от заторможенного 12-сантиметрового вентилятора. Популярны корзины вроде STB-3T4-E3-GP. Кстати, согласно классическому Гугловскому исследованию «Failure Trends in a Large Disk Drive Population» (fig 4.), оптимальная температура диска 35—45 °C. При 25 °C вероятность выхода из строя удваивается, при 20 °C — учетверяется. Охлаждение хорошо вмеру.

Корпусные вентиляторы, если позволяет корпус, большие, от 12 см., и тихоходные. Их стараются закрыть легкими в обслуживании пылевыми фильтрами. Полностью пассивная конструкция из-за дисков если и возможна, то неоправданно дорога.

Блок питания

Умирая, блок питания может забирать с собой жесткие диски. А вся конструкция нам нужна именно из-за содержимого дисков. Поэтому, даже собирая NAS из остатков, стоит взять надежный БП серьезного производителя. SATA питания должно быть много, часто приходится использовать переходники Molex-SATA Power, что, конечно, не идеал. Мощности должно хватать и на раскрутку всех дисков по 12 B и на питание их электроники по 5 В. Стартовый ток выбранных дисков можно найти: например, для ST3000DM001 — 2 A, для WD30EZRX — 1,78 A. Последовательная раскрутка дисков требует поддержки со стороны и контроллеров, и дисков и реализуется, к сожалению, в основном в серверных решениях. По 5 B потребление не сообщается, проведенные измерения дают величину около 0,5 A. Реальна ситуация, когда запас мощности вроде как в избытке, а дискам не хватает питания по 5 B. Мой FSP-350 перестал справляться, когда дисков стало 6. Причем стартовали уверенно, а потом глючили и отваливались.

Так как БП будет всегда, кроме старта, будет работать с существенным недогрузом — искать с высоким КПД при низкой нагрузке.

Железо, которого в NAS нет

Классический NAS представляет собой системный блок, к которому подключено 3 провода — питание, Ethernet и USB к UPS. CD-привод, монитор, клавиатура и мышь нужны только для установки (и даже тогда во многих случаях можно без них обойтись). В дальнейшем настройка и управление производится по сети, обычно — через web интерфейс. Продвинутые конфигурации используют материнские платы с KVM-функциональностью. Но для среднего домашнего пользователя, которому подключение понадобится даже реже раза в год, это скорее перебор.

Настройка железа

По профилю использования NAS существенно отличается от среднего компьютера. Обновите BIOS. Переключите все SATA-порты в режим AHCI (в IDE тоже будет работать, но медленнее, про fake RAID см. выше). Отключите все, что не нужно здесь и сейчас — звук, USB 3 и пр. Если понадобится — тогда и включите. Уменьшите до минимального значения объем разделяемой видеопамяти.

Не поленитесь погуглить выбранные жесткие диски. Часто их тоже надо настроить. Например, у зеленых WD не забываем отключать парковку головок фирменной утилитой wdidle3. Некоторые диски выходят с дефектными прошивками (ср. историю с Samsung HD204UI).

NAS работает 24/7 и использовать его без UPS — для альтернативно одаренных. UPS обязательно должен быть подключен к NAS (обычно — по USB) для автоматического штатного выключения при сбое по питанию. Так что не поленитесь посмотреть списки совместимости, погуглить выбранную модель. Обычно в *nix используется nut, список совместимости которого широк, но далеко не всеохватен. А многие модели поддерживаются лишь частично.

Затраты

Давайте прикинем цену вопроса (без учета дисков). В последнюю неделю сентября автор (признаться — больше для развлечения) сделал своему NAS апгрейд. То, что было куплено в московской рознице, в первой части таблицы. То, что осталось от старой конфигурации, было посчитано по текущим розничным ценам и внесено во вторую часть. Покупалось это когда-то заметно дешевле, но инфляция не спит. Корпус у меня еще 2004 года издания, так что учел заведомо лучший.

За 14460+10% Яндекс Маркет нашел только две 4-дисковых модели готовых NAS, обе снятые с производства. В эти деньги влезет не всякий приличный двже 2-дисковый. А ведь цели сэкономить не стояло. Навскидку — 16 ГБ памяти, не самая дешевая мать, Ivy Brige вместо младшего Sandy, избыточный кулер с прицелом включить в пассив…

Времени на настройку у меня сейчас уйдет час-полтора, но новичку нужно пошаговое руководство. Я написал такое для Nas4free, для OMV см. напр.

Так что если не терпится — можно приступать. А во второй части софт будем обсуждать подробнее.

Источник