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新聞資訊

    讀:受仿真秀平臺的邀請,7月10日,我將與并行科技的高級工程師、中國計算機學會高性能計算專委會委員郭宇老師2020仿真知識周(第五場)來分享《仿真工程師和企業的高性能解決方案》。推薦報名參加,以下文章是我7月9日凌晨5點完成原創文章,愿以此文,與人共勉。

    筆者第一次接觸電腦,是20多年前的小學時代。當時學校教大家286電腦和DOS操作系統的使用。曾經的我,用DIR命令給更加懵懂的同學展示,電腦刷屏的快樂、有時也把5.25寸軟盤,塞滿了無數新建的多級目錄,被老師勒令逐個刪除,卻默默將軟盤扔進垃圾桶、或者把它用作看日全食的濾光片、有幾次搞怪,用format命令干廢了學校旁邊一個電腦房的系統,只因新老板在計算我們上機打游戲的時間,變得更加苛刻。

    圖片來自網絡

    一直到2010年自學有限元之前,筆者都把電腦當個打游戲的玩具,或者打字寫WPS的一般工具,從來沒因為“計算”問題,勞煩過電腦性能。直到2010年Solid Works的仿真模塊以及2011年ANSYS結構模塊的應用,把本來性能中等的筆記本CPU與內存用到了極限,以至于多次抓狂,因為速度太慢或者根本沒法計算的痛苦后,才真正體會到,原來計算機還有這操作。但是,筆者與仿真軟件斗爭的歷史,就是不斷升級電腦硬件,不斷追求更高更快更強的血淚史。

    一、2009年,我自費購買筆記本辦公,成為設計部的奇葩

    從2009年在國企自費5000塊錢購買雙核心(注: 本文所有核心,均代表物理核心數量,不考了因為HT技術產生的虛擬核心。如果考慮,用詞是“線程”)t6600處理器的筆記本,成為設計部的一朵奇葩,用于機械設計工作。到接觸有限元以后,其內存容量從2G,升級到6G再到硬件極限的8G,依然感到不夠用。又過了幾天成為一個重要的轉折點。當時計算一個模態分析,70小時內存滿負荷CPU使用率5%,硬盤滿負荷跑到藍屏死機,又重新計算80個小時才得到結果。

    痛定思痛,天師說要有光,要上固態硬盤。2012年花費1050塊錢,買了一塊Intel公司330系列的120G固態硬盤,直接讓計算時間縮短到5小時左右。

    這次經歷讓筆者充分意識到,高性能計算需要協調最慢部件的性能瓶頸,才可以充分發揮總體效率,又一個木桶效應的現實案例。因為筆記本硬件極限內存只有8G,而這僅僅是ANSYS推薦的最低配置要求。筆者常遇到因為內存不足,無法計算或者自動調用虛擬內存,讓仿真速度減速10倍的窘迫(當然很多時候也是能力不足,無法充分節約計算量的原因)。

    二、2013年,我組裝一臺帶固態硬盤的臺式機

    到了2013年,在搜尋無數硬件評測文章的基礎上,組裝一臺4核心志強1230V2處理器16G內存120G固態硬盤的臺式機。一年后等內存價格稍微正常點以后,升級到了32G,組成電腦配置的完整體。

    綜合來看,內存容量是直接決定能不能計算的,一票否決性的核心問題。在可能的前提下,盡量提升內存是最有性價比的選擇。畢竟一個爛的計算結果,也永遠比因為無法計算,而0輸出要強得多。

    這里補充一個超線程技術的問題。仿真軟件只開啟一個任務,就可以把電腦的全部性能,都吃到天翻地覆慨而康。這嚴重不符合超線程技術,加速同時運行多個程序速度的應用場景,而幾乎全部電腦都默認開啟該技術,那么關閉它就是更有效率的選擇了。經筆者測試,關閉后可以讓總體計算時間,縮短0%-5%。別看這一點點的差距并不大,其屬于一勞永逸式的操作,相當于一次設置就永久性免費升級電腦硬件性能,何樂不為。其關閉設置在不同電腦上操作接近,但有一定差異,建議上網搜索具體方法。

    對于仿真分析,反而是顯卡就不那么重要了。

    因為仿真用的模型,大部分經過極致簡化,其復雜度和光影效果對顯卡性能的需求,大部分情況下可以忽略不計。當時買臺式機為了省錢,如果是買CPU內置顯卡的型號,XEON 1235則需要加一百塊錢。筆者的選擇是,用70塊錢買了一款2008年的256M顯存的Geforce牌9600GT顯卡,又花30買了個最破的散熱器。

    除非要處理幾千萬上億網格,大部分情況下一款很差勁的顯卡足夠用了。筆者的二手顯卡,在不超過500萬網格的結構計算下,基本任何情況無卡頓存在。

    三、2016年,我第一次購買測試版CPU

    到了2016年,那一臺V2版本的CPU性能顯得比較老舊。2009年筆記本卻老當益壯,創造過16.0版ANSYS軟件,從點安裝到程序正常打開,耗時500秒的新記錄。再次感慨固態硬盤的速度優勢。

    志強2696的工作站里面水泵和散熱器

    又一頓上網搜羅各種測試文章,最后定位志強E5-2696V2版本CPU的雙路24核心48線程工作站。

    因為V2版本搭配DD3帶ECC的REG內存,其價格是V3版本CPU使用DDR4普通內存的3折左右,極具性價比。以至于相同預算下,損失10%總體性能,卻可以買到大一倍容量的64G內存,后來升級到76G。

    本次是筆者第一次購買測試版CPU,其相對量產正式版3折的價格,性能一樣,吃起來極香。

    測試版CPU的來源是上世紀90年代,Intel公司奔騰CPU浮點運算錯誤事故,造成百萬美元損失后的新策略,其在正式型號上市之前,分發一定數量測試版未成熟的CPU,進行各種應用各種場景的使用驗證,從而發現問題修改設計。其非官方渠道的價格,是上市后相同型號正式量產版的1.5~4折。該價格如此的驚喜,以至于可能顛覆很多人對CPU價格體系的認知。筆者強力推薦。

    缺點是存在潛在不穩定和不兼容問題。解決方案是在質保期內,充分測試,大不了退貨換一家買。

    一如既往的,顯卡依然是98塊錢的二手最低配置的專業顯卡Quadro K420,用它應付幾百萬網格毫無壓力。偶爾計算一千萬網格的流體計算,才略有卡頓。從此再也不因為內存不足,無法做細致的計算。雖然最新的電腦是160G內存,可以更隨意更土豪一點。

    自從換了工作站,性能顯著提升,就有機會做一些以前沒做過或者非常浪費時間的那些計算項目練手。當然,仿真軟件的版本,也從最開始的12.1幾乎每年一次更新的一路升級到最新版。

    90年代的Ansys 5.6 版本

    雖然沒有十分精確的對比,不同版本計算速度的差異,但是隨著技術的革新,即使相同項目,采用更新版的軟件,也可以更快更容易的完成。其相當于變相的升級了電腦硬件性能。所以如果有可能,建議盡量用最新版或者3-5年內的新版軟件。畢竟人的時間是最重要的成本,高效率的硬件和軟件,給用戶提升的效率和節約的時間,就是在購買自己的生命。讓用戶有限的生命內,比別人進步成長收獲的更多。

    四、2019年,我不斷升級改造我的工作站

    時間走到2019年,隨著對硬件性能和計算效率更大更多的需求,自費兩萬采購測試版志強8124處理器和160G內存(買了192G內存但是一個插槽損毀)搭配三塊固態硬盤與二手高端專業顯卡的工作站再次降臨。

    在上一臺24核心工作站之中,為了展示筆者DIY精神,采購了養魚用的靜音水泵,搭配本田思域汽車發動機散熱器的軟管水冷系統,成了仿真界一道跑偏的風景線。本次更新電腦,為保證簡單方便,回到了風冷方案,但是散熱器和導熱硅脂都選擇業內幾乎最貴最強型號,因為CPU的功率,也是同級別世界頂級的240W。

    三塊固態硬盤仿真時讀寫500~800M/s性能,確保了極致的讀寫性能和不同計算需求的搭配。測試版CPU以4000塊錢的價格,買到18核心3.3Ghz,相當于正式版志強8124的35000塊錢性能。論測試版CPU的1.5折性價比神話?

    二手Quadro K6000顯卡為幾年前最高型號。其打破了筆者一貫的,只用最破顯卡的魔咒。因為準備嘗試ANSYS AIM和Live的新技術,并且順便嘗試GPU加速的感覺。

    雖然因為忙AIM沒用幾次,但是GPU加速測試后,發現一個令人沮喪的結果。

    對比了不同計算量、計算模塊、是否開啟GPU、不同核心數量時,求解時間的變化規律,發現GPU加速開啟與否,對于結構計算一點也不香。建議大家不考慮這個方案。

    理由有,必須高端GPU甚至特定型號才可以,而大部分人用的打游戲顯卡,Geforce牌任何型號無論價格都無法使用(ANSYS Live除外),而這些GPU新品價格普遍一萬塊以上甚至十萬級別,而對應對仿真速度,并沒有明顯加速效果。一般提升10%左右,甚至很多時候反而減速10%-30%,極端情況減速300%,那么大價錢采購的硬件,成了GPU減速卡不是非常諷刺了。

    最近幾天,為了再次提升10%的效率,又將8124處理器,更換為新一代志強8272的26核心3.2Ghz功率205w。同樣花費4000塊錢,買到40000塊錢正式版8272的性能。測試版XEON的性價比,似乎秒殺任何其他公司,其他型號其他品牌的產品(AMD NO?)。這時候要大喊一聲ES XEON YES更合適吧。

    五、仿真工程師高性能計算解決方案

    當然,搭配志強3647接口的主板價格,普遍2000塊錢以上,對于預算緊張的用戶,性價比不夠好。筆者推薦低端配置中,使用測試版I9-9900,其擁有8核心4.3Ghz性能與一百多瓦的功率和低至1500塊錢的價格,再搭配400塊錢的主板,外加一百塊錢散熱器(這社畜一百塊都不給我?),總價2000快,可以滿足絕大多數需要。

    除非計算規模超大,以至于該CPU最大支持64G內存不夠用。而且因為核心少,仿真計算效率很高,擁有無與倫比的性價比。反觀第十代I9的性能提升有限,搭配主板的總體價格貴了很多,不值得推薦。

    這里分享一個選購CPU的小經驗吧。

    首先定調調,西方超級計算機的龍頭企業,克雷公司創始人西蒙·克雷,說過一句名言:你要犁過一塊田地,是選2頭壯牛還是1024只小雞?

    根據總體電腦預算,拿出4成左右比例采購CPU。以這個為基準在網上,大致搜索類似價位下,所有可選CPU型號,然后按照耗電量從大到小排序。

    筆者堅信一個理念就是,在人類的CPU技術暫時沒有黑科技和穿越劇的今天,功率就是戰斗力,耗電量就是性能。費電的CPU一定是好CPU,省電的CPU一定性能不太好的原則。

    重點選擇類似價格類似架構下Top3功率的CPU型號。而仿真軟件普遍多核心加速,存在一個性能損失的問題,一般來說結構計算8核心以內,計算時間基本隨著核心數量線性相關;8—16核心加速效率在0.7左右,即核心2倍總體速度2X0.7=1.4倍左右;而16—32核心逐漸加速效率下降,直到毫無加速。這意味著其他條件不變,增加核心數量幾乎不提升總體速度。

    建議對于結構仿真,核心數量越少越好(AMD膠水CPU的64核心哭暈在廁所)。

    由于多CPU互連時,有通訊產生的信號延遲現象。在CPU和主板總性能和價格不變基礎上,2個弱雞CPU的實際性能,大概是一個頂級CPU方案的9成。也就是說,對于結構仿真花費更大價格購買雙CPU主板和兩個CPU及其散熱器的性價比,明顯不如單顆CPU的方案。

    考慮到結構仿真的多核心加速比極限,基本就是30個核心,一顆高端CPU足夠應付。除非經常性的同時計算2-3個任務,否則單CPU方案是更有性價比的選擇。

    綜合以上對于結構仿真,總結一下:

    • 對于內存,容量越大越好;對于CPU,拿出總預算40%左右比例買CPU;
    • 能買1個極其強大的CPU不買兩個弱雞;
    • 功率最高者性能強;
    • 核心最少者贏天下;對于固態硬盤,不是買不買而是買多大買多快的事情。對于顯卡,最破的足夠了,除非模型非常復雜,網格數量上千萬及以上。

    六、2020仿真知識周-我的公開課

    本文從筆者的計算機和仿真軟件使用經驗方面,分享了一些小故事和小感想,希望能有所幫助大家,更好的提升效率,加速成長,讓自身有限的生命中,打敗更多潛在競爭對手,并修筑能力的護城河,不被侵犯和跨越。

    受仿真秀平臺的邀請,7月10日,我將與并行科技的高級工程師、中國計算機學會高性能計算專委會委員郭宇老師2020仿真知識周(第五場)來分享《仿真工程師和企業的高性能解決方案》,有需要的小伙伴可以私聊小編哦!

    總之,中國人有句老話,逆水行舟不進則退。當別人都在進步的時候,更智慧更努力更高效率的成長,是被迫的選擇。畢竟,人性懶惰,如非一無所有,誰愿一身才華。愿以此文,與人共勉。

    rueNAS SCALE 是iXsystems公司提供的一款開源存儲管理軟件,幾乎可以部署在所有的第三方x86硬件設備上,因此也成為眾多nas發燒友和普通用戶鐘愛的nas解決方案之一。下面以TrueNAS SCALE-22.02版本為例就該版本的硬件配置要求進行詳細說明。

    1 最低硬件配置要求

    CPU:雙核Intel 64位或AMD x86_64處理器

    內存:8 GB

    系統盤:16 GB SSD

    存儲盤:兩塊大小相同的磁盤,用于構建單個存儲池


    譯者批:這個內存和cpu配置基本沒法在truenas內部部署應用,這么做會比較無趣,實際應用中建議配置至少8核心cpu和16G內存(ZFS是吃內存大戶)


    2 存儲注意事項

    2.1 存儲設備數量

    TrueNAS能夠將大量存儲設備作為單個存儲陣列的一部分進行管理。TrueNAS SCALE可以在單個存儲陣列中管理多達400個磁盤驅動器。

    2.2 存儲介質

    選擇存儲介質是設計存儲系統以滿足當前目標并為未來容量擴展做好準備的第一步

    2.2.1 機械硬盤

    在存儲媒體的下一次科學突破之前,旋轉硬盤以其在容量和成本方面的平衡優勢會一直存在。兩位數TB級消費級和企業級硬盤的出現為即將搭建TrueNAS的用戶提供了更多的選擇機會。

    2.2.2 SATA NAS硬盤

    SATA仍然是許多臺式機/筆記本電腦、服務器以及一些非企業存儲陣列中事實上的標準磁盤接口。雖然消費級SATA硬盤沒有以前存在的可靠性問題,但仍然無法有效保證可在RAID存儲組中連續運行或使用。企業級SATA硬盤解決了存儲系統中所需的永不停機、振動容限和驅動器錯誤處理問題,但企業級sata硬盤價格令大多數用戶望而卻步。

    于是,硬盤廠商通過生產NAS硬盤來應對這一市場缺口。NAS硬盤因最初的西數(WD) Red?而聲名鵲起(現在稱為WD Red Plus),其采用了CMR/PMR技術。WD Red? NAS硬盤(非SMR)用于最多有8個硬盤驅動器的系統,WD Red? Pro適用于最多16個驅動器的系統,以及WD UltraStar? 用于應對超過16個驅動器的系統。因其卓越的質量和可靠性,iXsystems社區論壇將西數硬盤視為TrueNAS構建的首選,官方推出的硬件設備都配備了WD Red? Plus硬盤。

    譯者批:官方這是在推薦西數nas盤,個人感覺有點交智商稅的意思,實操中還是可以選用西數/希捷/東芝等廠商的企業sata盤,畢竟是企業級,穩定性和性能都沒得說

    2.2.3 近線SAS硬盤

    近線SAS(NL-SAS)硬盤是7200 RPM企業SATA磁盤,具有大多數企業存儲系統中的行業標準SAS接口。專為數據中心存儲應用程序設計的SAS系統具有準確、詳細的錯誤處理、可預測的故障行為、可靠的熱插拔以及附加的多路徑支持功能。多路徑訪問意味著每個驅動器都有兩個接口,可以通過兩根電纜連接到兩個存儲控制器或一個控制器。在TrueNAS高可用性體系結構中,每個控制器都是訪問同一組NL-SAS驅動器的獨立服務器,這種冗余可防止電纜、控制器卡或整個系統故障。NL-SAS驅動器也足夠健壯,可以處理超過16個磁盤的系統。因此,面向容量的TrueNAS系統附帶了Western Digital UltraStar NL-SAS磁盤,這得益于NL-SAS驅動器提供的容量、可靠性、性能和靈活性的全面完美平衡。

    2.2.4 SAS硬盤

    企業SAS硬盤是企業存儲行業的傳統重量級產品,其構建目的是提供旋轉磁盤所能提供的最大性能和可靠性。與NL-SAS或NAS驅動器相比,SAS磁盤容量較低,這是因為磁盤的旋轉速度高達15000 RPM。雖然SAS驅動器聽起來可能是高性能存儲的最終解決方案,但許多基于消費者和企業的閃存盤已經上市,大大降低了SAS驅動器的競爭力。。

    2.2.5 SATA和SAS閃存SSD

    近年來,閃存存儲技術取得了顯著進步,通用PC和服務器中閃存存儲興起。與硬盤不同,閃存對振動不敏感,速度更快,可靠性與傳統硬盤相當。閃存存儲的每GB價格仍然較高,但隨著價格差距的縮小,在TrueNAS系統中將會越來越普及。

    將閃存盤引入主流市場的最短路徑是供應商使用標準SATA/SAS硬盤接口來模擬標準硬盤,因此,閃存固態磁盤(SSD)具有SATA接口,大小相當于2.5英寸筆記本電腦硬盤,可以直接替換傳統硬盤。閃存固態磁盤可以取代HDD作為TrueNAS系統上的主存儲。

    2.2.6 NVMe

    Non-Volatile Memory Express(NVMe)標準是一種本地閃存協議,它充分利用了閃存存儲的非線性、并行性,相較ssd更具優勢。


    NVMe的主要優點是其低延遲性能,成為了系統引導盤及其他應用場景的主流選項。

    注意:NVMe設備可能運行得很熱,可能需要專用散熱器。目前不支持在NVMe設備上進行手動S.M.A.R.T.測試。

    2.2.7 USB硬盤

    避免將USB硬盤用于TrueNAS的主存儲。您可以在必要時使用USB硬盤進行基本的備份。雖然TrueNAS不會自動執行此過程,但您可以連接USB HDD,在命令行進行復制,然后將其帶離現場進行安全保存。

    警告:USB連接的介質(包括SSD)可能會報告不準確的序列號,使它們無法區分。

    綜上,將這些存儲介質高效地組合在一起,可以創建功能強大的存儲解決方案。

    2.3 存儲解決方案

    2.3.1 混合存儲和閃存緩存

    硬盤提供了兩位數的TB容量,基于閃存的選項提供了更高的性能,因此提供了兩全其美的選項。使用TrueNAS和OpenZFS,您可以合并閃存和磁盤,以創建充分利用這兩種存儲類型的混合存儲。混合設置使用高容量旋轉磁盤存儲數據,而DRAM和閃存執行超快速讀寫緩存。這些技術與基于閃存的單獨寫入日志(SLOG)配合使用。將其視為一個寫緩存,保存用于加快寫入速度的ZFS意圖日志(ZIL)。在讀取端,閃存是一種二級自適應替換(讀取)緩存(L2ARC),用于將最熱的數據集保存在更快的閃存介質上。使用NFS和數據庫等同步寫入的工作負載可以從SLOG設備中受益,而使用頻繁訪問數據的工作負載可能會從L2ARC設備中受益。L2ARC設備并不總是最佳選擇,因為RAM中的一級ARC總是提供更快的緩存,而L2ARC表使用一些RAM。

    SLOG設備不需要很大,因為它們只需要為網絡或本地應用程序傳遞的五秒鐘數據寫入提供服務。對于大多數現代網絡來說,8 GB到32 GB之間的高持久性、低延遲設備就足夠了,您可以剝離或鏡像多個設備以獲得性能或冗余。請注意已發布的設備耐久性聲明,因為SLOG是大多數寫入系統的漏斗點。

    SLOG設備也需要電源保護。ZFS意圖日志(ZIL)以及SLOG的目的是在崩潰或電源故障期間保持同步寫入安全。如果SLOG不受電源保護,并且在電源故障后丟失數據,那么它首先就違背了使用SLOG的目的。檢查設備的制造商規范,以確保SLOG設備具有電源安全性或具有電源丟失/故障保護。

    L2ARC設備中最重要的質量是隨機讀取性能。設備需要支持比其緩存的主存儲介質更多的IOPS。例如,在40個SSD的池中使用單個SSD作為L2ARC是無效的,因為40個SSDs可以處理比單個L2ARC驅動器多得多的IOPS。至于容量,最好是RAM大小的5倍到20倍。高端TrueNAS系統可以具有兩位數TB大小的基于NVMe的L2ARC。

    請記住,對于L2ARC中的每個數據塊,主ARC需要一個88字節的條目。設計不佳的系統可能會導致ARC中出現意外填充,并降低性能。例如,一個480 GB L2ARC填充了4KiB塊,需要在主ARC中存儲超過10GiB的元數據。

    2.3.2 自加密驅動器

    TrueNAS支持兩種靜態數據加密形式,以實現隱私和法規遵從性目標:本機ZFS加密和自加密驅動器(SED)。SED沒有軟件分區加密帶來的性能開銷,但不如非SED驅動器那么容易獲得(因此成本可能會稍高)。

    2.3.3 引導設備

    從8GB或更大的USB閃存驅動器啟動傳統的FreeNAS系統曾經非常流行。我們建議考慮其他選項,因為USB驅動器的質量差異很大,而且現代TrueNAS版本對引導池執行的驅動器寫入次數增加。因此,所有預構建的TrueNAS系統都附帶M.2驅動器或SATA DOM。

    SATA DOM或模塊上的磁盤提供了接近消費級2.5英寸SSD的可靠性,體積更小,可安裝到內部SATA端口,不使用驅動器托架。因為SATA DOMs和帶有m.2插槽的主板不像這里提到的其他存儲設備那么常見,用戶通常從2.5英寸SSDs和HDD(通常鏡像以增加冗余)啟動TrueNAS系統。TrueNAS引導卷的建議大小為8 GB,但使用16或32 GB(或120 GB 2.5“SATA SSD)可為更多引導環境提供空間。

    2.3.4 熱交換性

    TrueNAS系統有各種形狀和大小。許多用戶希望在出現問題時能夠從外部訪問所有存儲設備,以便進行高效更換。大多數熱插拔驅動器托架都需要專用驅動器托盤,您可以在其中安裝每個驅動器。


    請注意給定系統的熱插拔背板提供的最大性能,目標是至少支持6 Gbps SATA III。

    2.4 存儲設備池化布局

    兩位數TB驅動器的可用性提出了一個問題,TrueNAS用戶現在可以奢侈地問:我應該使用多少驅動器來實現我想要的容量?您可以鏡像兩個16TB驅動器以實現16TB的可用容量,但這并不意味著您應該這樣做。鏡像兩個大型驅動器具有冗余和平衡兩個設備之間的讀取的優點,這可以降低功耗,但除此之外幾乎沒有其他好處。最多兩個大型驅動器的寫入性能是單個驅動器的性能。相比之下,一個由八個4TB驅動器組成的陣列提供了多種配置,以更低的成本優化性能和冗余。如果配置為條帶化鏡像,八個驅動器的寫入性能可以提高四倍,總容量也差不多。您還可以考慮添加一個具有任何zpool配置的熱備盤驅動器,這樣,如果zpool的一個主驅動器發生故障,zpool就會自動重建。


    譯者批:官方推薦條帶化+熱備盤方式配置存儲池

    2.5 存儲設備烤機

    旋轉磁盤硬盤驅動器的運動部件對沖擊和振動非常敏感,使用時會磨損。在將每個存儲設備投入生產環境之前,請考慮對其進行預檢:

    Start a long HDD self-test (smartctl -t long /dev/), and after the test completes (could take 12+ hrs)

    Check the results (smartctl -a /dev/)

    Check pending sector reallocations (smartctl -a /dev/ | grep Current_Pending_Sector)

    Check reallocated sector count (smartctl -a /dev/ | grep Reallocated_Sector_Ct)

    Check the UDMA CRC errors (smartctl -a /dev/ | grep UDMA_CRC_Error_Count)

    Check HDD and SSD write latency consistency (diskinfo -wS ) Unformatted drives only!

    Check HDD and SSD hours (smartctl -a /dev/ | grep Power_On_Hours)

    Check NVMe percentage used (nvmecontrol logpage -p 2 nvme0 | grep “Percentage used”)

    在部署系統之前,請花時間創建池。使其盡可能接近真實工作負載,以揭示各個驅動器的問題,并幫助確定替代池布局是否更適合該工作負載。小心二手驅動器,因為供應商可能不誠實。


    譯者批:苦口婆心提醒注意二手盤奸商……

    2.6 存儲控制器

    TrueNAS使用的最受歡迎的存儲控制器是6 Gbps和12 Gbps(每秒千兆位,有時表示為Gb/s)Broadcom SAS主機總線適配器(HBA)。控制器嵌入在一些主板上,但通常是具有四個或更多內部或外部SATA/SAS端口的PCIe卡。6 Gbps LSI 9211及其使用LSI SAS2008芯片(如IBM M1015和Dell H200)重新命名的同類產品在使用二手市場部件構建系統的TrueNAS用戶中頗具傳奇色彩。使用最新的IT或目標模式固件閃存,以禁用Broadcom控制器上IR固件中的可選RAID功能。對于那些有預算的用戶,較新型號的Broadcom 9300/9400系列提供12 Gbps SAS功能,甚至9400系列的NVMe到SAS轉換功能。TrueNAS包括sas2flash、sas3flash和storcli命令,用于在9200、9300和9400系列卡上閃存或執行重新閃存操作。

    板載SATA控制器以較小的構建而流行,但主板供應商通過包含比傳統的四個SATA接口更多的接口來更好地滿足NAS用戶的需求。請注意,許多主板附帶3 Gbps和6 Gbps板載SATA接口,選擇錯誤的接口可能會影響性能。如果主板包含硬件RAID功能,請不要使用或配置它,但請注意,在BIOS中禁用它可能會刪除某些SATA功能,具體取決于主板。大多數與SATA兼容性相關的問題都很明顯。

    有無數關于在TrueNAS中使用硬件RAID卡的警告。ZFS和TrueNAS提供了內置RAID,比任何硬件RAID卡都能更好地保護您的數據。如果只有硬件RAID卡,則可以使用它,但有一些限制。首先也是最重要的一點是,如果您的硬件RAID卡支持HBA模式(也稱為passthrough或JBOD模式),請不要使用其RAID功能(下面的項目符號中有一個警告)。使用時,它允許它執行與標準HBA無區別的操作。如果RAID卡沒有此模式,則可以為系統中的每個磁盤配置RAID0。雖然不是理想的設置,但它可以在緊要關頭工作。如果使用TrueNAS重新調整硬件RAID卡的用途,請注意某些硬件RAID卡:

    可能屏蔽磁盤序列號和S.M.A.R.T.健康信息

    執行速度可能比其等效HBA慢

    如果使用帶無電備用電池單元(BBU)的寫緩存,可能會導致數據丟失


    譯者批:說了一大堆,大致意思最好不用raid卡,用內置的軟raid最靠譜

    2.7 SAS擴展器

    直接連接系統,其中每個磁盤都連接到控制器卡上的接口,是最佳的,但并不總是可行的。SAS擴展器(端口倍增器或拆分器)使控制器卡上的每個SAS端口能夠為多個磁盤提供服務。您只能在服務器或JBOD的驅動器底板上找到SAS擴展器,其驅動器托架超過12個。例如,如果沒有SAS擴展器,TrueNAS JBOD在四個機架單元的空間內就無法超越90個驅動器。想象一下,如果不使用SAS擴展器,您需要多少個八端口HBA才能訪問90個驅動器。

    雖然專為SAS磁盤設計的SAS擴展器通常可以通過SATA隧道協議或STP支持SATA磁盤,但出于上述NL-SAS部分中提到的原因(SATA磁盤在基于SAS的背板上起作用),我們仍然更喜歡SAS磁盤。請注意,事實并非如此:您不能在為SATA驅動器設計的端口中使用SAS驅動器。

    2.8 存儲設備冷卻

    互聯網上流傳的一項被廣泛引用的研究表明,硬盤溫度對硬盤可靠性影響不大。這項研究成為了一個很好的頭條新聞或話題開場白,但仔細閱讀報告表明,這些驅動器是在最佳環境條件下測試的。冷卻良好的旋轉硬盤在生產中達到的平均溫度約為28°C,一項研究發現,溫度每升高12°C,磁盤的故障次數就會增加一倍。在添加驅動器冷卻之前(尤其是在較舊的系統上),驅動器冷卻通常會帶來額外的噪音,在數據中心或機柜中運行服務器時,如果沒有注意到內部冷卻風扇設置為最低設置,則可能會浪費資金。請密切注意支持16個或更多驅動器的任何機箱中的驅動器溫度,尤其是那些異國情調、高密度設計的機箱。每個底盤都有某些區域因任何原因而變得更暖和。注意風扇故障以及某些8TB驅動器型號的運行溫度高于其他驅動器容量的趨勢。一般情況下,盡量使驅動器溫度低于供應商提供的驅動器規格。


    譯者批:提醒注意小機箱多硬盤狀況下的散熱問題

    3 內存、CPU和網絡注意事項

    3.1 內存配置建議

    TrueNAS比許多網絡連接存儲解決方案具有更高的內存需求,這是有充分理由的:它在共享服務、附加插件、監控和虛擬機之間共享動態隨機訪問內存(DRAM或簡稱RAM),以及復雜的讀緩存。TrueNAS系統上的RAM很少被閑置,足夠的RAM是保持最高性能的關鍵。對于最多八個驅動器的基本TrueNAS操作,您應該至少有8 GB的RAM。其他用例都有不同的RAM要求:

    8個驅動器之后添加的每個驅動器增加1 GB,以使大多數使用情形受益。

    如果更多客戶端將連接到TrueNAS系統,請添加額外RAM(一般情況下)。通過iSCSI支持許多高性能VM的20 TB池可能需要比存儲歸檔數據的200 TB池更多的RAM。如果使用iSCSI備份虛擬機,請計劃使用至少16 GB的RAM以獲得合理的性能,使用32 GB或更多的RAM以實現最佳性能。

    為winbind內部緩存的目錄服務添加2 GB RAM。

    根據插件和監控的需要添加更多RAM,因為每個插件都有特定的應用程序RAM要求。

    為具有來賓操作系統和應用程序RAM要求的虛擬機添加更多RAM。

    根據RAM中的重復數據消除表,為重復數據消除添加建議的每TB存儲容量5 GB。

    池中每50 GB L2ARC添加大約1 GB RAM(保守估計)。將L2ARC驅動器連接到池也會使用一些RAM。ZFS需要ARC中的元數據來了解L2ARC中有哪些數據。


    譯者批:總之就是韓信帶兵,多多益善,要跑得遛,32GB起步吧

    3.2 ECC內存

    計算機系統內部的電磁干擾會導致RAM的單個位自發翻轉到相反的狀態,從而導致內存錯誤。內存錯誤可能導致安全漏洞、崩潰、轉錄錯誤、事務丟失以及數據損壞或丟失。因此,RAM(臨時數據存儲位置)是防止數據丟失的最重要的區域之一。

    糾錯代碼或ECC RAM會在發生錯誤時檢測并糾正內存中的位錯誤。如果錯誤嚴重到無法糾正,ECC內存會導致系統掛起(無響應),而不是繼續使用錯誤位。對于ZFS和TrueNAS,此行為實際上消除了RAM錯誤傳遞到驅動器導致ZFS池損壞或文件錯誤的任何機會。

    關于是否在OpenZFS和TrueNAS中使用糾錯碼(ECC)系統內存的冗長的互聯網辯論總結如下:

    強烈建議將ECC RAM作為另一種數據完整性防御措施

    然而:

    一些CPU或主板支持ECC RAM,但并非所有

    許多TrueNAS系統每天在沒有ECC RAM的情況下運行

    任何類型或等級的RAM都可能出現故障并導致數據丟失

    RAM最有可能在前三個月出現故障,因此在部署前測試所有RAM。


    譯者批:目前臺式機主板基本不支持ECC,只有服務器主板和部分工作站主板支持ECC,所以,不必強求內存的使用安全。

    3.3 中央處理器(CPU)選擇

    選擇ECC RAM會限制CPU和主板選項,但這可能是一件好事。英特爾注重將ECC RAM支持限制在最低和最高的CPU上,減少了中檔i5和i7機型。

    選擇哪種CPU可以歸結為一系列因素:

    由于OpenZFS執行校驗和、壓縮和(可選)加密數據的方式,動力不足的CPU可能會造成性能瓶頸。

    由于Samba是輕線程TrueNAS SMB守護程序,因此具有較少內核的更高頻率CPU通常最適合僅SMB工作負載。

    核心數較高的CPU更適合并行加密和虛擬化。

    支持AES-NI加密加速的CPU提高了文件系統和網絡加密的速度。

    建議使用服務器級CPU,以提供電源和ECC內存支持。

    對于軟件加密池,建議使用Xeon E5 CPU(或類似CPU)。

    建議虛擬機使用Intel Ivy Bridge CPU或更高版本。

    注意CPU和主板上的VT-d/AMD Vi設備虛擬化支持,以將PCIe設備傳遞給虛擬機。請注意給定的CPU是否包含GPU或需要外部GPU。此外,請注意,許多服務器主板都包含帶有內置GPU的BMC芯片。有關BMC的詳細信息,請參見下文。

    得益于Ryzen和EPYC生產線,AMD CPU正在卷土重來。FreeBSD和TrueNAS CORE對這些平臺的支持有限。然而,Linux有很大的支持,TrueNAS SCALE應該可以毫無問題地與AMD CPU配合使用。


    譯者批:選擇多核心/支持虛擬化的cpu,上ECC內存的話需要服務器CPU配合

    3.4 遠程管理:IPMI

    為了進一步限制主板的選擇,如果您需要,請考慮Intelligent Platform Management Interface或IPMI(也稱為基板管理控制器、BMC、iLo、iTrac和其他名稱,具體取決于供應商):

    遠程系統的遠程電源控制和監控

    用于配置或數據恢復的遠程控制臺外殼訪問

    用于TrueNAS安裝或重新安裝的遠程虛擬介質

    TrueNAS依賴于其基于web的用戶界面(UI),但有時您可能需要控制臺訪問才能更改網絡配置。TrueNAS管理和共享默認為單個網絡接口,當您需要升級LACP聚合網絡等功能時,這可能會很困難。理想的解決方案是有一個專用子網來訪問TrueNAS web UI,但并非所有用戶都有這種奢侈。偶爾訪問硬件控制臺對于全局配置甚至系統恢復都是必要的。最新的TrueNAS Mini和R系列系統在專用千兆網絡接口上提供了基于HTML5的全功能IPMI支持。


    譯者批:這個管理網口多見于服務器或工作站主板,打算臺式機的兄弟看看就得了

    3.5 電源設備

    TrueNAS系統上的電源設備(或PSU)要考慮的首要標準是:

    主板的功率容量(瓦特)及其必須支持的驅動器數量

    可靠性

    效率等級

    相對噪聲

    可選冗余,在一個電源發生故障時保持重要系統運行

    選擇一個額定初始負載和未來負載的PSU。具有足夠功率的PSU,以便從大容量機箱遷移到完全填充的機箱。另外,考慮一個熱插拔冗余PSU以幫助保證正常運行時間。有預算的用戶可以保留一個冷備用PSU,以將其潛在停機時間限制在數小時而不是數天。一個好的、現代化的PSU是高效的,并完全集成到IPMI管理系統中,以提供實時風扇、溫度和負載信息。

    大多數電源都具有經認證的效率額定值,即80+額定值。80以上的額定值表明,從墻上獲得的電力會因熱量、噪音和振動而損失,而不是像為組件供電這樣做有用的工作。如果一個電源需要從墻上抽出600瓦來為組件提供500瓦的電力,那么它的工作效率為500/600=~83%。其他100瓦特因熱量、噪音和振動而損失。額定值較高的電源效率更高,但成本也更高。如果你不確定該買什么效率,那么做一些投資回報計算。例如,如果一個80+鉑金PSU的成本比可比的80+黃金PSU高出50美元,那么您每年至少可以節省10美元的電費,以便在五年內實現投資回報。


    譯者批:電源功率一定要計算好,還要考慮額外損耗

    3.6 不間斷電源

    TrueNAS提供了通過傳統串行或USB連接與電池供電的不間斷電源(UPS)通信的能力,以在斷電時協調正常關機。TrueNAS與APC品牌的UPS配合良好,其次是CyberPower。考慮為具有純正弦波輸出的UPS編制預算。某些型號的SSD可能會在斷電時發生數據損壞。如果多個SSD同時斷電,可能會導致整個池故障,使UPS成為一項關鍵投資。


    譯者批:多SSD的情況就要著重考慮UPS了

    3.7 以太網連接

    網絡連接存儲中的網絡與存儲一樣重要,但主題可以歸結為幾個關鍵點:

    簡單性-簡單性通常是網絡配置可靠性的秘訣。

    單個接口-速度更快的單個接口(如10/25/40/100GbE)比聚合速度較慢的接口更好。

    接口支持-Intel和Chelsio接口是受支持的最佳選項。

    數據包碎片-僅考慮具有專用連接的巨型幀MTU,例如服務器或視頻編輯器與TrueNAS之間不太可能出現數據包碎片。

    LRO/LSO卸載功能-與LRO和LSO卸載功能的接口通常減輕了對巨型幀的需要,使用它們可以降低CPU開銷。

    3.8 高速互連

    隨著硬件開發速度的加快和企業升級速度的加快,更高頻段的硬件變得更容易訪問。家庭實驗室現在可以部署和使用40GB及以上的網絡組件。家庭用戶現在發現了與企業客戶發現的這些更高速度相同的問題。

    iXsystems建議在下面列出的高速互連中使用直接連接銅纜(DAC)上的光纖:

    10Gb NIC:SFP+連接器

    25Gb NIC:SFP28連接器

    40Gb NIC:QSFP+連接器

    100Gb NIC:QSFP28連接器

    200Gb NIC:QSFP56連接器

    400Gb NIC:QSFP-DD連接器

    iXsystems還建議對使用光纖通道時提到的任何收發器形狀因素使用光纖。直連銅纜(DAC)電纜可能會在NIC、電纜和交換機之間產生互操作性問題。

    3.9 虛擬化TrueNAS要點

    最后,TrueNAS硬件的最終問題是是使用實際硬件還是選擇虛擬化解決方案。TrueNAS開發人員每天將TrueNAS虛擬化作為其工作的一部分,云服務在各種規模的用戶中都很受歡迎。TrueNAS設計的核心是OpenZFS。從第一天開始的設計就適用于物理存儲設備。它了解他們的優勢,并彌補他們的弱點。當需要虛擬化TrueNAS時:

    如果可能,請將硬件磁盤或整個存儲控制器傳遞給TrueNAS VM(需要VT-d/AMD Vi支持)。

    在虛擬化存儲(如VMFS)上禁用自動清理池,并且在另一層上運行存儲修復任務時從不清理池。

    使用至少三個vdev來提供足夠的元數據冗余,即使使用條帶化池也是如此。

    提供一個或多個8 GB或更大的引導設備。

    根據TrueNAS VM的通常要求,為其提供足夠的RAM。

    如果所有設備都支持巨型幀網絡,請考慮使用巨型幀網絡。

    了解FreeBSD中的來賓工具可能缺少其他來賓操作系統中的功能。

    在虛擬接口上啟用MAC地址欺騙,并啟用混雜模式以使用VNET監控和插件。


    譯者批:還是盡量將truenas直接部署在裸機上

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