Sparsames NAS mit Software-Raid unter Linux / OpenMediaVault

Information: Für unser Basic NAS ist bereits eine neuere Anleitung verfügbar !

Schon lange hatte ich eine Anleitung für ein Linux NAS mit Software-Raid in Aussicht gestellt - die Nachfrage danach war recht groß. Realisiert habe ich dieses NAS mit OpenMediaVault. Im Gegensatz zu FreeNAS oder NAS4Free welche auf FreeBSD basieren, handelt es sich bei OpenMediaVault um ein vorkonfiguriertes Debian 7 “Wheezy” Linux.

Während die FreeBSD Systeme hauptsächlich auf das ZFS Dateisystem setzen und sich damit eher an professionelle Anwender oder Firmen richten, nutzt OpenMediaVault einen Linux Software Raid (JBOD, 0, 1, 5, 6, 10). Man kommt hier im Gegensatz zu einem ZFS Dateisystem sogar mit 2GB Arbeitsspeicher aus, besser sind allerdings 4GB.

Wie auch FreeNAS oder NAS4Free lässt sich OpenMediaVault komplett ohne Linux Fachwissen über eine Weboberfläche administrieren. Für die Installation wird ein USB-Stick als Installationsmedium benötigt.

Empfohlen wird die Installation von OpenMediaVault auf einer echten Festplatte bzw. SSD und nicht auf einem USB-Stick da das Linux Kernsystem deutlich mehr Dateien schreibt als FreeBSD (auch hier wird mittlerweile recht häufig empfohlen keinen USB-Stick als Systemfestplatte zu benutzen).

CPU - Mainboard Kombination


Als Hardware kommt bei mir das neue ASRock Q2900-ITX zum Einsatz, bis auf die verwendete CPU ist das Mainboard bauglich mit dem ASRock Q1900-ITX. Die neue CPU ist nun ein Intel Pentium J2900 (4x 2,41GHz + Turbo), bei nahezu gleichem Energieverbrauch ist die CPU ca. 10% schneller als der Intel Pentium J1900 (4x 2GHz + Turbo) (siehe Vergleich).

Allerdings reicht die Leistung für ein NAS auch beim ASRock Q1900-ITX vollkommen aus, die 10% Leistungsdifferenz sind in der Praxis nicht spürbar. Da das kleinere Mainboard günstiger zu haben ist, würde ich also für ein reines NAS die kleinere Variante empfehlen.

Bei beiden ASRock Mainboards wird der Prozessor übrigens passiv gekühlt - das NAS wird später also schön ruhig sein. Da ich in meiner Anleitung auch ein passives, externes Netzteil verwende, empfehle ich allerdings einen 120mm Lüfter um die Datenfestplatten zu kühlen.

Die Mainboards verfügen beide über 4 SATA Ports (2x SATA3 und 2x SATA2). Selbst die SATA2 Schnittstelle ist mit ihren ~280MB/s noch schnell genug für die schnellsten Datenfestplatten. Es sind 2 USB 3.0 (+ 1 Header) sowie 2 USB 2.0 (+ 1 Header) Anschlüsse vorhanden. Ein Monitor kann via HDMI, DVI oder VGA angeschlossen werden.

An das ASRock Q1900-ITX / ASRock Q2900-ITX könnt ihr zudem 2 3-Pin Lüfter anschließen und steuern. Zudem verfügen die Mainboards über einen PCIe 2.0 x1 (500MB/s) Steckplatz für eine externe Karte, zum Beispiel um weitere SATA-Ports zu realisieren. Als Netzwerkchip ist der Realtek RTL8111GR mit 1GBit/s verbaut, der neben Wake-On-Lan bzw. Wake-On-Wan auch das energieeffiziente Ethernet nach 802.3az sowie PXE unterstützt.

Ich verwende in dieser Anleitung 4GB Arbeitsspeicher (DDR3-SoDimm), es können maximal 8GB (2x4GB) verwendet werden, maximal wird DDR3-1333 unterstützt, mein verwendeter DDR3-1600 Arbeitsspeicher wird also nur mit DDR3-1333 angesprochen. Es können DDR3-SoDimm mit 1.35 und 1.5V verwendet werden.

Externes, Passives Netzteil mit PicoPSU


Eine Besonderheit an meinem NAS-Vorschlag ist die externe Stromversorgung, die ich mittels einem 72W Trafo Transformator Netzteil von Salcar (14 Euro) und einer PicoPSU-90 (33 Euro) realisiert habe. In der Kombination sind die beiden Komponenten mit 47 Euro zwar ca. 13 Euro teurer als ein internes Markennetzteil, z.B. einem beQuiet System Power 7 300W (34 Euro), allerdings lässt sich so der Verbrauch im Idle nochmal um ca. 4W senken (siehe Test: Internes vs. externes Netzteil).

Wer lieber ein internes Netzteil verwenden möchte, dem empfehle ich das oben genannte beQuiet System Power 7 300W. Wer sich für das externe Netzteil und die PicoPSU-90 entscheidet, dem möchte ich unsere ATX Blende ans Herz legen, die zwar nicht billig ist, dafür aber das Gehäuse vor Dreck schützt und auch gut aussieht.

Als gutes 4-Bay NAS Gehäuse hat sich das Cooler Master Elite 120 Advanced etabliert, welches über einen gummierten Einlass verfügt, über den dann die Stromversorgung des externen Netzteiles an die PicoPSU-90 angeschlossen werden kann. Handwerkliche Tätigkeiten wie Bohren usw. entfallen damit komplett.

Systemfestplatte - SSD oder SLC-Stick empfehlenswert


Als Festplatte für das Betriebssystem empfiehlt sich eine SSD, da die Lese- und Schreibzugriffe bei Linux schon etwas mehr sind und ein normaler USB-Stick mit MLC-Speicherzellen dann oft nicht lange durchhält. Aktuell sind die Intel SSDSA2CT040G310 (40GB) SSDs mit 35 Euro zu empfehlen.

Das ASRock Q1900-ITX bzw. das ASRock Q2900-ITX besitzen insgesamt 4 SATA Ports. Solltet ihr keinen freien Festplattenslot im Gehäuse mehr freihaben, kann eine SSD auch mit Klebeband fixiert werden, da diese keine Vibrationen abgibt und auch nicht entkoppelt werden muss.

Da das Mainboard nur über 4 SATA-Ports verfügt, gibt es eine noch bessere Lösung für den Systemdatenträger, die allerdings etwas teurer ist. Dazu benötigt man einen USB-Stick mit SLC-Speicherzellen (wichtig!) wie den WINKOM-USB 3.0 Memory-Stick 16 GB oder den Mach Xtreme MX-ES series MXUB3SES. Dazu bietet sich der Delock USB 3.0 PinHead auf 2x USB 3.0 Adapter (knapp 5 Euro) an, damit man den USB-Stick in das Gehäuse verfrachten kann.

Mit letzterer Lösung kann man die 4 SATA-Ports für Datenfestplatten nutzen. Leider sind USB-Sticks mit SLC-Speicherzellen recht selten und teuer. Warum dies so ist und wo der Unterschied zu einem normalen MLC-USB-Stick ist, könnt ihr hier nachlesen: USB mit SLC-Speicherzellen als Systemfestplatte - Ein SSD Ersatz ?.

Festplatten


Bei den Datenfestplatten habe ich mich wieder für die Western Digital Reds entschieden die mit einer speziellen Firmware ausgestattet sind und mit 3 Jahren Garantie punkten. In dieser Anleitung verwende ich 2 dieser Festplatten in einem Raid1 Verbund.

Generell würde ich empfehlen lieber größere aber weniger Festplatten zu benutzen - also lieber 3x 6TB als 4x 4TB - der Preis pro TB ist fast identisch und die Energieaufnahme ist bei weniger Festplatten natürlich geringer. Einen Vergleich aktueller Datenfestplatten findet ihr auch bei uns.

Ganz so chaotisch wird euer NAS sicherlich nicht aussehen - Für den Testaufbau habe ich aber aus Bequemlichkeit auf ein Gehäuse verzichtet. Empfehlen würde ich für ein 4-Bay NAS das Cooler Master Elite 120 Advanced für knapp über 40 Euro. Das Gehäuse verfügt über einen 120mm Lüfter um 3 der Datenfestplatten zu kühlen. Die 4te Datenfestplatte wird in den 5,25 Zoll Schacht mittels Adapter (Sharkoon SSD Montagerahmen) eingebaut.

Vergleich der NAS-Betriebssysteme


Ihr könnt auf diesem NAS ein Betriebssystem euer Wahl installieren. Auch Windows 8.1 oder Windows 10 (Preview Version) sind möglich, da Microsoft ab Windows 8 mit den Windows Storage Spaces einen eigenen Software-Raid ermöglicht. Windows Home Server ist aktuell nur noch schwer oder gebraucht zu bekommen, ist aber auch eine gute Möglichkeit.










OpenMediaVaultFreeNAS
Basis OSDebian 7 (Wheezy)FreeBSD 9.3
Raid-LevelJBOD, 0, 1, 5, 6, 100, 1, Raid-Z (5), Raid-Z2 (6), Z3
DateisystemeExt3, Ext4, XFS, JFSZFS, UFS
Arbeitsspeichermin. 2GBmin. 8GB
BedienungWeboberfläche, KonsoleWeboberfläche, Konsole
SchwierigkeitEinfachFortgeschritten
AnleitungJa, vollständigJa, vollständig

Ersteindruck


Mein erster Eindruck von OpenMediaVault auf dem Bay-Trail basierten System war sehr positiv. Durch die SSD-Systemfestplatte dauert ein vollständiger Boot nicht einmal 15 Sekunden - wobei 5 Sekunden auf das Bios entfallen, das Starten des Linux Betriebssystemes dauert an sich nur 10 Sekunden.

Danach kann man per Login mit admin und dem Root-Passwort entweder direkt in die Konsole oder - und das würde ich empfehlen - sich mit dem Benutzernamen admin und dem Passwort openmediavault in die Weboberfläche einloggen. Dies ist von jedem Computer, Tablet oder Smartphone im gleichen Netzwerk möglich. Die IP-Adresse von eurem OpenMediaVault NAS sollte auf dem Startbildschirm stehen.

Ich empfehle euch nach dem ersten Login das Standardpasswort des admin Benutzerkontos zu ändern (zu finden unter System - Allgemeine Einstellungen - Web Administrator Passwort). Außerdem habe ich das Sitzungslimit von 5 auf 30 Minuten erhöht, da man sonst zu schnell abgemeldet wird.

Die Oberfläche ist übersichtlich gehalten und beinhaltet alle für ein NAS / Heimserver notwendigen Einstellungsmöglichkeiten. Auch eine Benachrichtigungsfunktion per E-Mail (SMTP) im Falle von kritischen Fehlern oder einem Hardwareausfall (S.M.A.R.T.) ist vorhanden.

Kurze Hinweise zu OpenMediaVault auf diesem System


Über die RAID Verwaltung lässt sich aus den Datenfestplatten mit Leichtigkeit ein Raid-Verbund erstellen. Dazu wählt man zuerst den gewünschten Raid-Typ (Raid 0,1,5,6 oder JBOD) aus. Ist der Raid erstellt, muss dieser zunächst initialisiert werden, was ca. 3 Stunden pro Festplatte (also 6 Stunden bei 2 Festplatten und 12 Stunden bei 4 Festplatten) dauert.

Im Anschluss kann dann ein Dateisystem (ich empfehle Ext4) angelegt werden. Von einer 3TB Festplatte sind wie unter anderen Systemen auch ca. 2,7TB netto nutzbar. Nach dem Anlegen des Dateisystems muss der Raid noch eingebunden werden - ansonsten ist dieser nicht nutzbar!

Sollte der Speicherplatz mit der Zeit nicht mehr ausreichen, ist es möglich den Raid-Verbund nachträglich - und ohne Datenverlust - um eine oder mehrere Festplatten zu erweitern. Dies ist allerdings nur bei einem Raid 1, 5 oder 6 möglich.

Neben FTP, NFS und SMB/CIFS Freigaben stehen auch SNMP, SSH und TFTP zur Verfügung. Damit ist OpenMediaVault kompatibel zu allen Windows, Linux und MacOS Systemen.

Umfangreiche Systemauswertungen zu CPU-Auslastung, Arbeitsspeichernutzung, Auslastung der Netzwerkschnittstelle oder Festplattenbelegung lassen keine Wünsche übrig. Zur Wartung der Festplatten wird S.M.A.R.T. unterstützt.

Benachrichtigungsfunktion


Zwar schützt ein Raid-Verbund vor Datenverlust im Falle eines Festplattenausfalls, in so einem Fall ist dann aber schnelles Handeln gefragt, die defekte Festplatte sollte so schnell wie möglich gegen eine Neue ausgetauscht werden. Damit man einen Ausfall sofort mitbekommt, sollte man die Benachrichtigungsfunktion konfigurieren.

Ihr müsst hierzu einen SMTP E-Mail Server eingeben von dem die E-Mail versendet werden soll.

Im Fall eines Defekts / Festplattenausfalls wird uns das NAS per E-Mail über diesen Ausfall informieren und wir können sofort die betroffene Festplatte austauschen. Wenn ihr das Geld übrigt habt, empfehle ich immer eine Ersatzfestplatte griffbereit liegen zu haben.

Für weitere Informationen zu den Features von OpenMediaVault schaut euch unsere Komplettanleitung zur Installation an.

Stromverbrauch


Wie immer folgt hier eine detaillierte Aufstellung des Energieverbrauches von diesem NAS. Alle Messwerte wurden mit der Konfiguration: Externes Netzteil + PicoPSU erreicht, der Verbrauch mit einem internen Netzteil ist ca. 4W höher.




















ZustandBemerkungVerbrauch [W]

Idlekeine Datenfestplatten10,2
Standbykeine Datenfestplatten2,7
Standby2 Datenfestplatten Western Digital Red3
Standby4 Datenfestplatten Western Digital Red3,4

Idle (Spindown *)2 Datenfestplatten Western Digital Red15,9
Idle (Spindown *)4 Datenfestplatten Western Digital Red21,6

Idle2 aktive Datenfestplatten Western Digital Red19,6
Idle4 aktive Datenfestplatten Western Digital Red29,1

Lesen (1Gbit/s)2 aktive Datenfestplatten Western Digital Red23
Lesen (1Gbit/s)4 aktive Datenfestplatten Western Digital Red35,7

Schreiben (1Gbit/s)2 aktive Datenfestplatten Western Digital Red25,9
Schreiben (1Gbit/s)4 aktive Datenfestplatten Western Digital Red41,6

* Spindown bedeutet, dass sich die Festplatten im StandBy mit geparkten Lese-/Schreibköpfen befinden.

Wie man sieht sind wir mit unserem externen 72W Netzteil fast schon übermotorisiert: Ich konnte maximal einen Verbrauch von 41,6W messen. Der Peak-Wert beim Booten betrug laut Messung maximal etwa 55W für ca. 2-3 Sekunden. Auch nach mehrstündigen Betrieb wird das Netzteil maximal “handwarm” (gemessen: 35°C).

Temperaturen


Hier findet ihr von mir eine Übersicht der gemessenen Temperaturen nach 10 Stunden Betrieb bei einer Raumtemperatur von 21°C.









KomponenteMax. Temperatur
externes Netzteil35°C
PicoPSU37°C
CPU (Kühlkörper)33°C
Arbeitsspeicher30°C
Mainboard44°C
Datenfestplatten31°C

Die Temperaturen habe ich in einem offenen Testaufbau ohne Gehäuse ermittelt. Sorgt bei eurem Gehäuse bitte dafür, dass mindestens 1 Lüfter für Frischluft sorgt, am Besten sollte der Luftstrom über eure Datenfestplatten gehen, da diese am empfindlichsten sind.

Transfergeschwindigkeit


Gemessen habe ich mit großen MKV-Datei von mindestens 1,5GB. Dabei hat das NAS durchschnittlich 106MB/s beim Schreiben auf das NAS und 85MB/s beim Lesezugriff erreicht (Raid1). In einem Raid 5/6 dürfte die Geschwindigkeit noch etwas zunehmen - aber auch in einem Raid1 aus 2 Festplatten ist die Geschwindigkeit gut und beim Schreiben fast am Maximum von 1Gbit LAN.





AktionGeschwindigkeitCPU-Auslastung
Lesen85 MB/s25%
Schreiben106 MB/s35%

Interner Raid-Benchmark


Ich habe einen Raid-5 Verbund aus 4 Festplatten vom Typ Western Digital Red mit je 6TB einem kleinen Linux-Benchmark unterzogen, den ich euch nicht vorenthalten möchte:

Test - Festplattenausfall


Nachdem ich die Benachrichtigungsfunktion eingestellt hatte, wollte ich diese natürlich auch testen. Dazu habe ich im laufenden Betrieb eine Festplatte vom Strom getrennt und so einen Ausfall simuliert. Nach ca. 10 Sekunden flatterte dann auch schon die Warnungs-Email in mein Postfach:

Daraufhin habe ich die Festplatte wieder angeschlossen, OpenMediaVault hat daraufhin einen automatischen Neustart vorgenommen. In der Raid Verwaltung stand nun “clean, degraded” was aussagt, dass der Ausfallschutz im Raid1 nun nicht mehr gewährleistet ist, da eine Festplatte aus dem Verbund entfernt wurde.

Nun habe ich unter dem Punkt “Reale Festplatten” die besagte Festplatte gelöscht (schnell). Dies ist notwendig, damit wir diese Festplatte im Anschluss wieder in den Raid-Verbund aufnehmen können.

Der Rebuild des Raids (also die Wiederaufnahme der ausgefallenen Festplatte) dauert bei den 2 Festplatten normalerweise satte 23 Stunden, also fast einen Tag. Die hohe Rebuilddauer ist eigentlich der einzige wirkliche Nachteil bei einem Software Raid (ein guter Hardware Raidcontroller ist 5x so schnell). Die etwas höhere CPU-Auslastung beim Datenzugriff ist in einem privaten NAS uninteressant und zu vernachlässigen.

Doch es gibt Abhilfe: Mittles eines kleinen Befehls über die Konsole lässt sich die Rebuild-Geschwindigkeit vervierfachen:

sudo mdadm -grow -bitmap=internal /dev/md0

nach dem Rebuild nimmt man dem Befehl dann wieder zurück:

sudo mdadm -grow -bitmap=none /dev/md0

Der Rebuild hat bei mir dann nur noch etwas über 5 Stunden gedauert! Den Befehl muss man nur zurücknehmen, wenn man eine Verschlechterung der Raid-Performance nach dem Rebuild feststellen sollte. Bei mir war dies nicht der Fall, also habe ich die Bitmap weiterhin aktiviert gelassen.

Während des Rebuilds kann der Raid weiterhin benutzt werden und das NAS kann auch zwischendurch neugestartet oder heruntergefahren werden, der Rebuild wird nach dem Neustart an der Stelle fortgesetzt. Im wirklichen Ernstfall würde ich allerdings dazu raten das NAS während eines Rebuild nicht zu benutzen um die Wahrscheinlichkeit eines weiteren Ausfalls zu verringern.

Test - Tausch vom Mainboard


Im zweiten Test habe ich das Mainboard (ASRock Q2900-ITX) gegen ein ASROck Q1900-ITX getauscht. Dabei habe ich die OpenMediaVault Systemfestplatte formatiert. Ich wollte sehen ob alle Daten auf dem Raid 1 nach einem Neuaufsetzen des Systems noch vorhanden sind. Ergebnis: Ja! Der Raid inkl. aller Daten war nach der Neuinstallation noch da und einsatzbereit.

Liste aller benötigten Komponenten


Als Standardkonfiguration habe ich das ASRock Q1900-ITX zusammen mit 2GB DDR3-1600, einer 40GB Intel SSDSA2CT040G310 SSD, externem Netzteil und PSU gewählt. In dieser Zusammenstellung kostet dieses 4-Bay Linux NAS etwa 245 Euro.

























KomponenteNameBemerkungPreis
CPU+MainboardASRock Q1900-ITX78 Euro
CPU+Mainboard (alternativ)ASRock Q2900-ITX102 Euro
ArbeitsspeicherCrucial CT51264BF160B 4GB DDR3-160039 Euro
Arbeitsspeicher (alternativ)Crucial CT25664BF160B 2GB DDR3-160020 Euro
System-SSDIntel SSDSA2CT040G310 40GB35 Euro
System-SSD (alternativ)SanDisk SDSSDP-064G-G25 64GB41 Euro
System-USB (alternativ)WINKOM-USB 3.0 Memory-Stick 16 GB40 Euro
System-USB (alternativ)Mach Xtreme MX-ES series MXUB3SES16 oder 32GB45 Euro
GehäuseCooler Master Elite 120 Advancedinkl. 120mm Fan40 Euro

Externes Netzteil72W Trafo Transformator Netzteil72W, Salcar14 Euro
Spannungswandler ATXPicoPSU-9033 Euro
KabelSATA Buchse an 4x SATA Stecker5 Euro
ZubehörATX Blende12 Euro
ZubehörDelock USB 3.0 PinHead auf 2x USB 3.0 Adapter5 Euro

Internes Netzteil (alternativ)beQuiet System Power 7 300W4x SATA Power, 80+ Bronze34 Euro

DatenfestplattenWestern Digital Red3 Jahre Garantie, NAS Firmwareab 66 Euro
ZubehörSharkoon SSD Montagerahmenfür eine 4te Datenfestplatte7 Euro

Summe (ohne Datenfestplatten mit externem Netzteil und PSU)ab 245 Euro

SnapRAID und AUFS unter OpenMediaVault


SnapRAID ist eine Mischung aus Raid und Backup Programm und kann in einem Heim-NAS mit vielen großen Dateien wie etwa Videos Sinn machen. Allerdings ist die Einrichtung deutlich anspruchsvoller als bei einem normalen Raid und daher nur für fortgeschrittene Anwender zu empfehlen.

Wer sich für die Einrichtung von SnapRAID und AUFS unter OpenMediaVault interessiert, sollte sich die verlinkte Anleitung einmal durchlesen.

Fazit


Eigentlich hatte ich dieses NAS für einen unserer Stammbesucher *wink zu Grobi* zusammengestellt, doch ich muss zugeben das ich mittlerweile überlege mein 8-Bay NAS (8x3TB) mit diesem zu ersetzen da vor allem der Verbrauch bei dieser Lösung hier sehr niedrig ist und ich einen Raid6 nutzen könnte. OpenMediaVault ist ein tolles und einfaches System das durch den Debian Unterbau keine Wünsche offen lässt und für mich aktuell die Nr.1 der NAS-Betriebssysteme für private Anwender ist.

Der Linux Software Raid ist stabil und sicher. Er lässt sich später erweitern oder auf einem anderem Linux-System weiter benutzen. Dabei muss die verwendete Hardware nicht einmal Raid-fähig sein da der Raid nur über Software realisiert wird.

Der Energieverbrauch ist durch die Verwendung eines externen Netzteil mit einem Pico Spannungswandler sehr gering. Gerade bei einem NAS das mehrere Stunden pro Tag online ist, rechnet sich der geringe Aufpreis für stromsparende Komponenten wie die CPU und das Netzteil. Das AutoShutDown Script vom OpenMediaVault funktionierte auf meinem Testsystem zuverlässig. Per WOL kann das NAS dann aus dem Standby geholt werden - dies dauerte bei mir nur ca. 5 Sekunden.

Weiterführende Links: OpenMediaVault - Komplettanleitung zur Installation.

Weitere NAS Anleitungen findet ihr hier: 4-Bay bis 16-Bay Eigenbau-NAS Vorschläge.