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16.7 ZFS 启动环境与多版本共存 ​

借助 ZFS 启动环境，可在同一台机器上保留多个独立的系统版本，升级失败时无需重新安装即可回滚到先前状态，从而实现原子更新、多系统并存与快速回滚。

16.7.1 创建启动环境 15.0-RELEASE ​

ZFS 启动环境（Boot Environment，BE）允许在系统中创建多个独立的系统环境，实现不同版本的共存与安全切换。以下创建启动环境 15.0-RELEASE。

  • 使用工具 bectl 创建启动环境 15.0-RELEASE：
sh
# bectl create 15.0-RELEASE

注意

此处仅命名为 15.0，系统仍为 14.3-RELEASE。

  • 使用 bectl 检查启动环境：
sh
$ bectl list # 显示所有启动环境
BE           Active Mountpoint Space Created
15.0-RELEASE -      -          176K  2025-12-05 22:27
default      NR     /          10.6G 2025-01-14 20:36

Active 字段解释：

  • N：表示该启动环境当前是否处于活动状态（当前是否位于此环境中）

  • R：在重启时是否处于活动状态（下次是否选中，用于固定选项）

  • T：是否会在下次启动时生效（且仅下次，用于一次性选项）

  • NRT：当前活动、重启后活动且仅下一次启动生效

  • 列出系统中所有 ZFS 文件系统及其属性：

sh
# zfs list
NAME                      USED  AVAIL  REFER  MOUNTPOINT

……其他省略……

zroot/ROOT/15.0-RELEASE     8K  83.8G  10.6G  /

……其他省略……

其中 zroot/ROOT/15.0-RELEASE 一行即为新创建的启动环境。

16.7.2 将启动环境中的系统版本更新到 15.0-RELEASE ​

创建启动环境后，需要更新到目标版本。操作分为挂载、验证版本、转换为 pkgbase、升级四个步骤。

16.7.2.1 挂载启动环境 15.0-RELEASE ​

操作启动环境前，需先挂载到文件系统中。创建临时目录并执行挂载：

  • 创建一个临时目录，用于更新启动环境 15.0-RELEASE 中的系统
sh
# mkdir /mnt/upgrade
sh
/mnt/
└── upgrade/ # 启动环境挂载目录
    └── usr/
        └── local/
            └── etc/
                └── pkg/
                    └── repos/
                        └── FreeBSD-base.conf # pkgbase 源配置文件
  • 将启动环境（实际上是一个数据集）15.0-RELEASE 挂载到指定路径
sh
# bectl mount 15.0-RELEASE /mnt/upgrade
/mnt/upgrade
  • 显示已挂载文件系统的磁盘使用情况：
sh
# df
Filesystem              1K-blocks     Used    Avail Capacity  Mounted on

……其他省略……

zroot/ROOT/15.0-RELEASE  99036272 11132688 87903584    11%    /mnt/upgrade

……其他省略……

16.7.2.2 验证当前 FreeBSD 版本 ​

目前 15.0-RELEASE 实际仍是 14.3-RELEASE，可使用 freebsd-version 验证：

在 /mnt/upgrade 环境中运行 freebsd-version：

sh
# chroot /mnt/upgrade freebsd-version -kru
14.3-RELEASE
14.3-RELEASE
14.3-RELEASE

freebsd-version 参数解释：

  • -k：打印已安装内核的版本和补丁级别。与 uname(1) 不同的是，如果新的内核已经安装但系统尚未重启，freebsd-version 会打印新内核的版本和补丁级别。
  • -r：打印正在运行中的内核的版本和补丁级别。与 uname(1) 不同的是，freebsd-version 不受环境变量影响。
  • -u：打印已安装用户态的版本和补丁级别。这些信息在构建过程中会写入程序 freebsd-version 中。

16.7.2.3 使用 pkgbase 将启动环境中的 14.3-RELEASE（系统版本）转换为 pkgbase ​

升级之前，需将传统的 FreeBSD 系统转换为 pkgbase 格式。pkgbase 是 FreeBSD 官方提供的基本系统打包方式，使用 pkg 包管理器管理系统组件。

pkgbase 的设计初衷是让 stable、current 和 release（包括 BETA、RC 等）都能使用统一的二进制工具更新。此前，stable 和 current 只能通过编译源代码来更新。

注意

仅 FreeBSD 14.0-RELEASE 及更高版本才能直接转换为 pkgbase。旧版仍需要通过 freebsd-update 更新（运行时 pkgbasify 会提示 Unsupported FreeBSD version，即 FreeBSD 版本不受支持）。

警告

存在风险，可能会丢失所有数据！建议在操作前做好备份。

  • 在 /mnt/upgrade 环境中锁定 pkg 软件包，防止升级或修改：
sh
# pkg -c /mnt/upgrade lock pkg  # 在 /mnt/upgrade 环境中锁定 pkg 软件包
pkg-2.4.2_1: lock this package? [y/N]: y # 输入 y 按回车键确认锁定 pkg
Locking pkg-2.4.2_1
  • 下载 pkgbase 转换脚本
sh
# fetch -o /mnt/upgrade https://raw.githubusercontent.com/FreeBSDFoundation/pkgbasify/main/pkgbasify.lua  # 下载 pkgbase 转换脚本
  • 使用 pkgbasify 转换

警告

确认 Do you accept this risk and wish to continue? (y/n) 风险提示后便无二次确认步骤！

sh
# chroot /mnt/upgrade /usr/libexec/flua pkgbasify.lua  # 使用 pkgbasify 转换
Running this tool will irreversibly modify your system to use pkgbase.
This tool and pkgbase are experimental and may result in a broken system.
It is highly recommended to backup your system before proceeding.
Do you accept this risk and wish to continue? (y/n) y # 这里是风险提示，确认
Updating FreeBSD repository catalogue...

……此处省略……

The following 370 package(s) will be affected (of 0 checked):

New packages to be INSTALLED:
        FreeBSD-acct: 14.3p6 [FreeBSD-base]
        FreeBSD-acct-man: 14.3p6 [FreeBSD-base]
        FreeBSD-acpi: 14.3p6 [FreeBSD-base]
        FreeBSD-acpi-man: 14.3p6 [FreeBSD-base]

……此处省略……

Conversion finished.

Please verify that the contents of the following critical files are as expected:
/etc/master.passwd
/etc/group
/etc/ssh/sshd_config

After verifying those files, restart the system.
  • 检查启动环境 15.0-RELEASE 中的系统版本
sh
# chroot /mnt/upgrade freebsd-version -kru
14.3-RELEASE-p6
14.3-RELEASE
14.3-RELEASE-p6

16.7.2.4 使用 pkgbase 将启动环境中的系统版本更新到 15.0-RELEASE ​

转换为 pkgbase 后，即可使用 pkg 包管理器升级系统。下面配置 pkgbase 源并执行升级。

软件源结构：

sh
/usr/local/etc/pkg/
└── repos/ # pkg 仓库配置目录
    └── FreeBSD-base.conf # pkgbase 源配置文件
  • 创建 pkgbase 软件源目录
sh
# mkdir -p /mnt/upgrade/usr/local/etc/pkg/repos/  # 创建 pkgbase 软件源目录
  • 编辑 /mnt/upgrade/usr/local/etc/pkg/repos/FreeBSD-base.conf 文件，添加 pkgbase 源
ini
FreeBSD-base {
    url = "https://pkg.freebsd.org/${ABI}/base_release_${VERSION_MINOR}";
    enabled = yes;
}

警告

请检查 FreeBSD-base.conf 的内容，尤其是 不应该 在其中手动硬编码任何具体的版本（如 base_release_3）。

技巧

需要切换软件源的用户可将 url 这行改为 url = "https://mirrors.ustc.edu.cn/freebsd-pkg/${ABI}/base_release_${VERSION_MINOR}";。注重安全性的读者应维持默认设置。

  • 刷新软件源
sh
# pkg -c /mnt/upgrade update -r FreeBSD-base  # 刷新软件源
  • 使用 pkgbase 将 14.3-RELEASE 更新到 15.0-RELEASE（即将 ABI 指定为 15）
sh
# env ABI=FreeBSD:15:amd64 pkg-static -c /mnt/upgrade upgrade -r FreeBSD-base  # 在 /mnt/upgrade 环境中使用指定 ABI 升级 FreeBSD 基本系统包
pkg-static: Setting ABI requires setting OSVERSION, guessing the OSVERSION as: 1500000
pkg-static: Warning: Major OS version upgrade detected.  Running "pkg bootstrap -f" recommended
Updating FreeBSD-base repository catalogue...
pkg-static: Repository FreeBSD-base has a wrong packagesite, need to re-create database
Fetching meta.conf: 100%    179 B   0.2kB/s    00:01
Fetching data.pkg: 100%   80 KiB  81.6kB/s    00:01
Processing entries:   0%
Newer FreeBSD version for package FreeBSD-zlib-dbg:
To ignore this error set IGNORE_OSVERSION=yes
- package: 1500068
- running userland: 1500000
Ignore the mismatch and continue? [y/N]: y # 此处输入 y 后继续
Processing entries: 100%
FreeBSD-base repository update completed. 496 packages processed.
FreeBSD-base is up to date.
Checking for upgrades (230 candidates): 100%
Processing candidates (230 candidates): 100%
The following 290 package(s) will be affected (of 0 checked):

New packages to be INSTALLED:
        FreeBSD-atf: 15.0 [FreeBSD-base]
        FreeBSD-atf-dev: 15.0 [FreeBSD-base]
        FreeBSD-atf-lib: 15.0 [FreeBSD-base]

        ……此处省略一部分…

        FreeBSD-zoneinfo: 14.3p6 -> 15.0 [FreeBSD-base]

Number of packages to be installed: 61
Number of packages to be upgraded: 229

The operation will free 100 MiB.
473 MiB to be downloaded.

Proceed with this action? [y/N]: y # 此处输入 y 后继续

技巧

如果检查不到任何更新，请确认当前是否已成功转换为 pkgbase，并检查软件源配置是否正确。

  • 检查启动环境 15.0-RELEASE 中的系统版本
sh
# chroot /mnt/upgrade freebsd-version -kru
15.0-RELEASE
14.3-RELEASE
15.0-RELEASE

其中 r 显示为 14.3-RELEASE 并无异常，表明当前运行的仍是 14.3-RELEASE。结合其他参数，可知重启后才会切换至 15.0-RELEASE。

  • 解锁 pkg
sh
# chroot /mnt/upgrade pkg unlock pkg  # 解锁 pkg
pkg: Warning: Major OS version upgrade detected.  Running "pkg bootstrap -f" recommended
pkg-2.4.2_1: unlock this package? [y/N]: y
Unlocking pkg-2.4.2_1
  • 将所有第三方软件包的 ABI 更新至 FreeBSD 15.0
sh
# chroot /mnt/upgrade pkg upgrade  # 将所有第三方软件包的 ABI 更新到 FreeBSD 15.0

更新过程中需要多次确认才能完成。

16.7.2.5 启动到启动环境 15.0-RELEASE ​

完成所有更新操作后，启动到新的启动环境验证结果。

  • 在下次启动时进入启动环境 15.0-RELEASE
sh
# bectl activate -t 15.0-RELEASE  # 在下次启动时进入启动环境 15.0-RELEASE
Successfully activated boot environment 15.0-RELEASE
for next boot
  • 验证设置是否成功。列出系统中所有 ZFS 启动环境：
sh
$ bectl list
BE                             Active Mountpoint   Space Created
15.0-RELEASE                   T      /mnt/upgrade 8.75G 2025-12-05 23:22
default                        NR     /            10.9G 2025-01-14 20:36

注意，这是一次性的（T），此处仅用于验证其是否能够正常启动。还需要回到当前的主系统 14.3-RELEASE 来更新 ZFS。

  • 重启以进入启动环境 15.0-RELEASE
sh
# reboot  # 重启以进入启动环境 15.0-RELEASE
  • 验证版本：
sh
$ freebsd-version -kru
15.0-RELEASE
15.0-RELEASE
15.0-RELEASE
$ bectl list
BE                             Active Mountpoint Space Created
15.0-RELEASE                   N      /          8.75G 2025-12-05 23:22
default                        R      -          10.9G 2025-01-14 20:36

由输出可知，已成功将启动环境 15.0-RELEASE 中的 FreeBSD 系统升级到 15.0-RELEASE，此时启动环境名称与实际版本一致。

R 意味着再次重启将回到启动环境 default（14.3-RELEASE）。

16.7.3 附录：永久性使用 15.0-RELEASE ​

前面已通过一次性启动环境完成验证。如果验证通过并且不需要再保留旧版本，可以将新环境设置为永久默认。

如果读者不需要多版本共存，并且验证过目前的环境满足需要，也可以将启动环境 15.0-RELEASE 设置为永久的：

sh
# bectl activate 15.0-RELEASE

随后，读者也可以销毁不再需要的启动环境：

sh
# bectl destroy 要销毁的启动环境名称

将参数 要销毁的启动环境名称 替换为命令 bectl list 输出中 BE 列对应的启动环境名称即可销毁。

16.7.4 将基本系统中的 ZFS 替换为 Ports 版本 ​

在实现多版本 FreeBSD 共存时，一个重要的考虑因素是 ZFS 池版本的兼容性问题。不同版本的 FreeBSD 内置的 ZFS 版本可能不同，这可能导致无法互相访问存储池。

通常，在 FreeBSD 大版本之间，ZFS 池版本和特性都会发生变化，例如从 13 到 14 时 zpool 就有所变动。

可通过 Ports 中的 OpenZFS 实现 13、14、15 等多个系统版本的共存。

警告

如不按下方设置就强行升级 ZFS 池/特性，将无法访问旧版系统。

需实现多版本共存的读者可直接重启，进入启动环境 default（14.3-RELEASE）。

16.7.4.1 验证当前的系统版本 ​

在开始操作之前，需确认已回到启动环境 default（14.3-RELEASE）中。

sh
$ bectl list
BE                             Active Mountpoint Space Created
15.0-RELEASE                   -      -          8.75G 2025-12-05 23:22
default                        NR     /          10.9G 2025-01-14 20:36
$ freebsd-version -kru
14.3-RELEASE
14.3-RELEASE
14.3-RELEASE

由输出可知，已回到默认启动环境。

16.7.4.2 查看内置的 OpenZFS 版本 ​

首先查看当前系统内置的 ZFS 版本信息，以便确认待替换的版本。

显示当前 ZFS 工具和内核模块的版本信息：

sh
# zfs --version
zfs-2.2.7-FreeBSD_ge269af1b3
zfs-kmod-2.2.7-FreeBSD_ge269af1b3

目前 FreeBSD 基本系统内置的是 OpenZFS 2.2.7（即来自 https://github.com/openzfs/zfs/commit/e269af1b3）。

16.7.4.3 安装 filesystems/openzfs ​

Ports 中的 OpenZFS 提供了比基本系统更灵活的版本选择。可以使用 pkg 或 Ports 两种方式来安装它。

  • 使用 pkg 安装
sh
# pkg install openzfs
  • 使用 Ports 安装：
sh
# cd /usr/ports/filesystems/openzfs/
# make install clean

16.7.4.4 编辑 /boot/loader.conf 文件 ​

安装完成后，需要配置系统启动时加载哪个 ZFS 模块。默认情况下，系统会加载基本系统内置的 ZFS 模块，需要修改这个行为。

为了防止系统加载基本系统内置的 ZFS 版本，需要在 zfs_load=YES 前加上注释 #，取消其开机自动加载。

形如：

ini
# zfs_load=YES 	# 不加载内置 ZFS 内核模块

再新增下列数行：

ini
zfs_load=NO        # 显式禁用内置 ZFS 内核模块加载
openzfs_load=YES   # 启用 OpenZFS 模块加载

完成后重启系统。

16.7.4.5 检查 ZFS 版本 ​

配置完成并重启后，需要验证系统是否正确加载了 Ports 版本的 OpenZFS。

在重启后，检查 ZFS 版本：

sh
# zfs --version
zfs-2.2.7-FreeBSD_ge269af1b3
zfs-kmod-2.3.5-1

随后即可更新其他存储池或启用新的特性。

警告

考虑到基本系统中的 OpenZFS 版本不一定是最新的，建议所有版本均使用 Ports 中的 OpenZFS 以保持版本统一，包括 15.0-RELEASE 也应按照相同方法替换 ZFS。

16.7.5 附录：给 pkgbasify 脚本切换软件源 ​

对于网络环境受限制的用户，可能需要为 pkgbasify 脚本配置国内镜像源以提高下载速度。下面介绍如何修改脚本中的源地址。

16.7.5.1 修改示例（使用 USTC） ​

中国科学技术大学（USTC）提供了 FreeBSD 的镜像服务，可以修改 pkgbasify 脚本来使用这个镜像源。首先需要找到脚本中的相关函数。

找到 Lua 脚本中的 create_base_repo_conf 函数：

lua
local function base_repo_url()
	local major, minor, branch = freebsd_version()
	if math.tointeger(major) < 14 then
		fatal("Unsupported FreeBSD version: " .. raw)
	end
	if branch == "RELEASE" or branch:match("^BETA") or branch:match("^RC") then
		return "pkg+https://pkg.FreeBSD.org/${ABI}/base_release_" .. minor
	elseif branch == "CURRENT" or
		branch == "STABLE" or
		branch == "PRERELEASE" or
		branch:match("^ALPHA")
	then
		return "pkg+https://pkg.FreeBSD.org/${ABI}/base_latest"
	else
		fatal("Unsupported FreeBSD version: " .. raw)
	end
end

将这个函数修改如下，其中在 return 部分指定了镜像站：

lua
local function base_repo_url()
	local major, minor, branch = freebsd_version()
	if math.tointeger(major) < 14 then
		fatal("Unsupported FreeBSD version: " .. raw)
	end
	if branch == "RELEASE" or branch:match("^BETA") or branch:match("^RC") then
		return "https://mirrors.ustc.edu.cn/freebsd-pkg/${ABI}/base_release_" .. minor
	elseif branch == "CURRENT" or
		branch == "STABLE" or
		branch == "PRERELEASE" or
		branch:match("^ALPHA")
	then
		return "https://mirrors.ustc.edu.cn/freebsd-pkg/${ABI}/base_latest"
	else
		fatal("Unsupported FreeBSD version: " .. raw)
	end
end

警告

请删除 return "pkg+https://" 这行中的 pkg+，否则会报错。

再找到下面的函数 create_base_repo_conf

lua
local function create_base_repo_conf(path)
	assert(os.execute("mkdir -p " .. path:match(".*/")))
	local f <close> = assert(io.open(path, "w"))
	if math.tointeger(freebsd_version()) >= 15 then
		assert(f:write(string.format([[
%s: {
  enabled: yes
}
]], options.repo_name)))
	else
		assert(f:write(string.format([[
%s: {
  url: "%s",
  mirror_type: "srv",
  signature_type: "fingerprints",
  fingerprints: "/usr/share/keys/pkg",
  enabled: yes
}
]], options.repo_name, base_repo_url())))
	end
end

修改如下（删除了 srv 相关数行）：

lua
local function create_base_repo_conf(path)
	assert(os.execute("mkdir -p " .. path:match(".*/")))
	local f <close> = assert(io.open(path, "w"))
	if math.tointeger(freebsd_version()) >= 15 then
		assert(f:write(string.format([[
%s: {
  enabled: yes
}
]], options.repo_name)))
	else
		assert(f:write(string.format([[
%s: {
  url: "%s",
  enabled: yes
}
]], options.repo_name, base_repo_url())))
	end
end

技巧

注重安全性的读者应保持默认设置。

16.7.5.2 南京大学开源镜像站 NJU ​

除了 USTC 镜像站外，南京大学也提供了 FreeBSD pkgbase 的镜像源，其地址如下。

ini
https://mirrors.nju.edu.cn/freebsd-pkg/

16.7.5.3 网易开源镜像站 163 ​

网易开源镜像站同样提供了 FreeBSD pkgbase 的镜像服务，地址如下。

ini
https://mirrors.163.com/freebsd-pkg/

16.7.6 附录：配置软件源 ​

为了帮助读者更好地配置 pkgbase 源，下面整理了 FreeBSD 官方源的 pkgbase 信息，包括各分支的更新频率和对应的 URL 地址。

分支更新频率URL 地址
main（16.0-CURRENT）每天两次：08:00、20:00https://pkg.freebsd.org/${ABI}/base_latest
main（16.0-CURRENT）每周一次：星期日 20:00https://pkg.freebsd.org/${ABI}/base_weekly
stable/14每天两次：08:00、20:00https://pkg.freebsd.org/${ABI}/base_latest
stable/14每周一次：星期日 20:00https://pkg.freebsd.org/${ABI}/base_weekly
releng/14.0（RELEASE）每天两次：08:00、20:00https://pkg.freebsd.org/${ABI}/base_release_0
releng/14.1（RELEASE）每天两次：08:00、20:00https://pkg.freebsd.org/${ABI}/base_release_1
releng/14.2（RELEASE）每天两次：08:00、20:00https://pkg.freebsd.org/${ABI}/base_release_2
releng/14.3（RELEASE）每天两次：08:00、20:00https://pkg.freebsd.org/${ABI}/base_release_3

以上表格中的时间已转换为北京时间（东八区），对应 FreeBSD 官方镜像站的发布时间。

如果官方源下载速度慢，可以考虑改用国内镜像。只需要替换 https://pkg.freebsd.org 这部分。

16.7.7 参考文献 ​