# 3.5 安装双系统（后安装 FreeBSD）
本节研究在已预装 Windows 等操作系统的 UEFI 环境下，部署 FreeBSD 作为第二操作系统的技术方案，重点解决多系统共存与引导配置问题，为已部署其他操作系统的用户提供可行的迁移路径。
本文以 `FreeBSD-14.2-RELEASE-amd64-disc1.iso` 为例，演示了如何在 UEFI 环境下，安装 FreeBSD 14.2 RELEASE 与 Windows 11 24H2 双系统，具有典型的参考价值。
> **技巧**
>
> 本文示例要求先安装其他操作系统（如 Windows），再安装 FreeBSD，请遵循此操作顺序。
## 简单方法（无需众多数据集）
首先介绍一种相对简单的安装方法。
> **注意**
>
> 以此部分所述方法，在使用 ZFS 时，只会创建一个名为 `zroot` 的存储池（zpool），并在其中创建一个直接挂载到 `/` 的名为 `root` 的数据集。不会像自动安装那样创建 `zroot/ROOT/default` 以及众多的数据集。你可以在安装后创建数据集并进行替换操作，但若希望初始布局就与自动安装相同，请跳转至本节“Shell 分区”部分。
使用简单方法安装 FreeBSD，按照以下步骤进行操作。
首先需要在硬盘上为 FreeBSD 预留空间。该空间不一定位于硬盘末尾，中间位置亦可，因为在典型的 Windows 安装中，最后一个分区（本例为 `nda0p4`）通常是恢复分区，不适合用来安装系统。
分区完成后，在 FreeBSD 下查看磁盘分区情况，结果如下：
```sh
# gpart show
=> 34 419430333 nda0 GPT (200G)
34 2014 - free - (1.0M)
2048 204800 1 efi (100M) # EFI 分区
206848 32768 2 ms-reserved (16M) # MSR 分区
239616 207992832 3 ms-basic-data (99G) # 此为 C 盘（NTFS 数据分区）。此处已为其后的 FreeBSD 预留了约 100G 空间。
417947648 1478656 4 ms-recovery (722M) # 恢复分区
419426304 4063 - free - (100G)
```
你应关闭安全启动和快速启动。安全启动会阻止未签名的引导加载程序运行，而 FreeBSD 的启动加载程序目前未被微软签名，因此必须关闭。快速启动会让 Windows 在关机时处于一种特殊的休眠状态，导致其他系统无法正常访问 NTFS 分区。或者，也可通过 Windows 设置 → 更新与安全 → 恢复 → 高级启动，选择从 U 盘设备启动。然后正常引导 FreeBSD 安装程序，直至进入分区选择界面。
此处选择 `Manual`。
> **技巧**
>
> 其实这里调用的是软件 `sade`（sysadmins disk editor，系统管理员磁盘编辑器），`bsdconfig` 中的分区模块亦调用此工具。
此处可查看硬盘分区情况。图中仅有一块硬盘，包含一个 300 M 的 EFI 系统分区、一个 16 M 的 MSR 分区、一个 64 G 的 Windows 系统分区（即 C 盘）以及未显示的空闲空间。直接选择 `Create`（创建）。
此处在第一行输入分区类型（即下方会列出的 `Filesystem type`）。如需添加 swap 分区，请在此步骤首先添加，后添加难以控制分区大小，因为分区会从空闲空间的开头或结尾分配，先添加 swap 可以更好地控制其位置。在添加 UFS 或 ZFS 分区时，需在 `Mountpoint` 处填写 `/`，表示将该分区挂载到根目录。`Label` 是 FreeBSD 的卷标（gptlabel），用于方便识别分区，可根据需要填写或留空。此处使用 ZFS，不添加 swap 分区，并且填入卷标 `zroot`。
使用 **Tab 键** 将焦点移动到 `OK`，然后按回车键确认。
此处会警告 ZFS 分区可能无法启动，但经实测可以正常启动。这个警告是安装程序的通用提示，对于 UEFI 环境下的配置并不适用。选择 `Yes` 忽略此警告：
> **注意**
>
> 请将 Windows 创建的 300 M EFI 系统分区的挂载点设置为 `/boot/efi`，这样 FreeBSD 就能正确找到并使用已有的 EFI 分区，避免创建多个 EFI 分区带来的混乱。
选择 `Finish`（完成）
选择 `Commit`（确认）
之后会进入正常安装流程。安装完成后，列出系统中所有 ZFS 池及其状态：
```sh
# zfs list
NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT
root 534M 130G 534M none
```
进入系统后可以看到，仅有一个 `root` 数据集。可以手动将数据集改为自动安装的样子，亦可参照下文在安装时进入 shell 进行分区。
## Shell 分区
仍停留在分区选择界面，此时选择 `Shell`
之后将进入终端（TTY）：
执行以下命令。
### 加载 ZFS 内核模块
默认的安装镜像可能未启用 ZFS，让我们现在就加载 ZFS 内核模块，因为 ZFS 支持并不在内核中，而是作为可加载模块提供：
```sh
# kldload zfs
```
### 配置 ZFS 对齐方式（仅影响新创建的硬盘分区）
强制 ZFS 文件系统使用 4 K 对齐，这样可以更好地适配现代硬盘的物理扇区大小，提高读写性能：
```sh
# sysctl vfs.zfs.vdev.min_auto_ashift=12
vfs.zfs.vdev.min_auto_ashift: 9 -> 12
```
> **技巧**
>
> 参数 `12` 表示 2^12 = 4096 字节（4 KB）的扇区大小。默认参数（可通过命令 `sysctl vfs.zfs.vdev.min_auto_ashift` 查看）是 `9`，即 2^9 = 512 字节，这是传统硬盘的扇区大小。
> **思考题**
>
> 若使用 NVMe 硬盘，新装系统（UEFI+GPT，无 freebsd-boot 分区）的默认参数通常为 12。但 4 K 对齐究竟对齐的是什么？因为 SSD 并无传统机械硬盘的物理扇区概念。
### 创建交换分区
在 nda0 磁盘上创建 4 GB、4 K 对齐的 FreeBSD 交换分区，并将其标记为 swap：
```sh
# gpart add -a 4k -l swap -s 4G -t freebsd-swap nda0
```
选项说明：
* `-t` 指定类型
* `-l` 指定卷标
* `-s` 指定大小
* `-a` 指定对齐
请注意根据实际情况替换 `nda0` 为实际硬盘编号。
### 创建 ZFS 分区
在 nda0 磁盘上创建 4 K 对齐的 FreeBSD ZFS 分区，并标记为 zroot：
```sh
# gpart add -a 4k -l zroot -t freebsd-zfs nda0
```
上面的设置将使用全部空余空间，请注意替换 nda0 为实际硬盘编号。
#### 查看分区情况
显示系统磁盘分区情况：
```sh
# gpart show
=> 34 419430333 nda0 GPT (200G)
34 2014 - free - (1.0M)
2048 204800 1 efi (100M)
206848 32768 2 ms-reserved (16M)
239616 207992832 3 ms-basic-data (99G)
208232448 8388608 5 freebsd-swap (4.0G)
216621056 201326592 6 freebsd-zfs (96G)
417947648 1478656 4 ms-recovery (722M)
419426304 4063 - free - (2.0M)
```
### 挂载临时文件系统准备安装
挂载一个临时文件系统（tmpfs），这样可以在内存中临时存储安装过程中需要的文件，避免频繁写入磁盘：
```sh
# mount -t tmpfs tmpfs /mnt
```
### 创建 ZFS 池
创建 ZFS 池 zroot：
```sh
# zpool create -f -o altroot=/mnt -O compress=lz4 -O atime=off -m none zroot /dev/gpt/zroot
```
该命令将设置 zroot 池的挂载点为 `/mnt`，启用 LZ4 压缩以节省空间并提高读写性能，关闭访问时间记录以减少磁盘写入。
选项说明如下：
* `-o altroot=/mnt` 将其临时挂载至 /mnt；
* `-O compress=lz4` 启用 lz4 压缩（可换为 zstd 等）；
* `-O atime=off` 关闭访问时间记录；
* `-m none` 不设置挂载点；
* `/dev/gpt/zroot` 为刚创建的分区。
### 创建 ZFS 数据集
以下数据集的设置参照 FreeBSD 源代码中的 [usr.sbin/bsdinstall/scripts/zfsboot](https://github.com/freebsd/freebsd-src/blob/main/usr.sbin/bsdinstall/scripts/zfsboot) 进行创建，因为 FreeBSD 本身的开发是持续不断的，所以 FreeBSD 不同版本间的 ZFS 数据集也有所差异。读者在创建数据集时若希望创建与默认安装相同的数据集结构，应参照对应分支的 `usr.sbin/bsdinstall/scripts/zfsboot` 文件。
* 创建根数据集
```sh
# zfs create -o mountpoint=none zroot/ROOT
```
将创建数据集 `zroot/ROOT`，不设置挂载点（`mountpoint=none`）。
此类无具体挂载点的数据集通常作为系统根数据集的容器，其下将创建具体用于挂载的子数据集或起到排除作用。
* 创建默认根数据集
```sh
# zfs create -o mountpoint=/ zroot/ROOT/default
```
将创建数据集 `zroot/ROOT/default`，将其挂载到根目录 `/`。此数据集将作为系统的默认根文件系统。
* 创建 `/home` 数据集
```sh
# zfs create -o mountpoint=/home zroot/home
```
将创建数据集 `zroot/home`，并将其挂载到 `/home`，通常用于存储用户主目录。
* 创建 `/tmp` 数据集
```sh
# zfs create -o mountpoint=/tmp -o exec=on -o setuid=off zroot/tmp
```
创建数据集 `zroot/tmp`，并将其挂载到 `/tmp`，允许执行文件（`exec=on`），但禁用 setuid（`setuid=off`）防止该目录中的文件使用 setuid 提升权限。
* 创建 `zroot/usr` 数据集
```sh
# zfs create -o mountpoint=/usr -o canmount=off zroot/usr
```
将创建 `zroot/usr` 数据集，`canmount` 即禁止自动挂载，这样可以将相关的子数据集组织在一起，但不会单独挂载这个父数据集。
* 创建 `/usr/ports` 数据集
```sh
# zfs create -o setuid=off zroot/usr/ports
```
将创建 `/usr/ports` 数据集，禁用 setuid（`setuid=off`）。
* 创建 `/usr/src` 数据集
```sh
# zfs create zroot/usr/src
```
将创建 `/usr/src` 数据集。
* 创建 `/var` 数据集
```sh
# zfs create -o mountpoint=/var -o canmount=off zroot/var
```
将创建 `/var` 数据集，`canmount` 意味着不会自动挂载。
* 创建 `/var/audit` 数据集
```sh
# zfs create -o exec=off -o setuid=off zroot/var/audit
```
将创建 `/var/audit` 数据集，禁用执行（`exec=off`），同时禁用 setuid（`setuid=off`）。
* 创建 `/var/crash` 数据集
```sh
# zfs create -o exec=off -o setuid=off zroot/var/crash
```
将创建 `/var/crash` 数据集，禁用执行（`exec=off`），同时禁用 setuid（`setuid=off`）。
* 创建 `/var/log` 数据集
```sh
# zfs create -o exec=off -o setuid=off zroot/var/log
```
将创建 `/var/log` 数据集，禁用执行（`exec=off`），同时禁用 setuid（`setuid=off`）。
* 创建 `/var/tmp` 数据集
```sh
# zfs create -o setuid=off zroot/var/tmp
```
将创建 `/var/tmp` 数据集，同时禁用 setuid（`setuid=off`）。
* 创建 `/var/mail` 数据集
```sh
# zfs create -o atime=on zroot/var/mail
```
将创建 `zroot/var/mail` 数据集，并启用访问时间记录（`atime=on`），通常用于存放邮件数据，因为邮件程序可能需要知道文件的最后访问时间。
> **技巧**
>
> 上述参数参考自 [bsdinstall(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?bsdinstall\(8\)) 的默认配置。安装后，也可通过命令 `zfs get exec,setuid,mountpoint` 查看相关属性。具体代码位于 [usr.sbin/bsdinstall/scripts/zfsboot](https://github.com/freebsd/freebsd-src/blob/main/usr.sbin/bsdinstall/scripts/zfsboot)。
```sh
zroot/
├── ROOT/
│ └── default/ # 挂载到 /（根文件系统）
├── home/ # 挂载到 /home（用户主目录）
├── tmp/ # 挂载到 /tmp（临时文件）
├── usr/
│ ├── ports/ # 挂载到 /usr/ports（Ports 树）
│ └── src/ # 挂载到 /usr/src（系统源代码）
└── var/
├── audit/ # 挂载到 /var/audit（审计日志）
├── crash/ # 挂载到 /var/crash（系统崩溃转储）
├── log/ # 挂载到 /var/log（系统日志）
├── mail/ # 挂载到 /var/mail（邮件存储）
└── tmp/ # 挂载到 /var/tmp（持久化临时文件）
```
### 修改文件夹权限
将 `/mnt/tmp` 和 `/mnt/var/tmp` 的权限设置为 `1777`（粘滞位），以确保临时目录权限正确，这样任何用户都可以在这些目录中创建文件，但只能删除自己创建的文件：
```sh
# chmod 1777 /mnt/tmp # 设置 /mnt/tmp 目录为粘滞位，可读写
# chmod 1777 /mnt/var/tmp # 设置 /mnt/var/tmp 目录为粘滞位，可读写
```
### 配置交换分区到 `fstab`
将交换分区 `/dev/nda0p5` 添加到临时的 fstab 文件，这样系统启动时就能自动挂载这个交换分区：
```sh
# printf "/dev/nda0p5\tnone\tswap\tsw\t0\t0\n" >> /tmp/bsdinstall_etc/fstab
```
注意将 `/dev/nda0p5` 替换为实际的交换分区设备名，可使用 `gpart show nda0` 命令进行确认。
> **技巧**
>
> `\t` 是制表符（Tab）的转义字符（意味着按了一下 **TAB** 键），用于对齐字段，使用空格亦可达到相同效果。也可使用 `ee /tmp/bsdinstall_etc/fstab` 命令手动编辑该文件并写入如下格式的行：
>
> ```sh
> /dev/nda0p5 none swap sw 0 0
> ```
>
> 下同。
### 设置启动项与 UEFI
* 设置 ZFS 池的引导文件系统（bootfs）为 `zroot/ROOT/default`，这样系统启动时会自动从这个数据集引导：
```sh
# zpool set bootfs=zroot/ROOT/default zroot
```
* 要求系统在启动时启用 ZFS 服务。
```sh
# printf 'zfs_enable="YES"\n' >> /tmp/bsdinstall_etc/rc.conf
```
`\n` 代表 Unix/Linux 系统中的换行符。
Windows 文本文件的行尾通常是 `\r\n`（回车 + 换行）。
此命令效果等同于使用 `ee /tmp/bsdinstall_etc/rc.conf` 编辑该文件并添加一行 `zfs_enable="YES"`。
* 挂载现有的 EFI 系统分区，这样便可以在其中添加 FreeBSD 的启动文件：
```sh
# mount -t msdosfs /dev/nda0p1 /media
```
注意将 `/dev/nda0p1` 替换为实际的 EFI 分区设备名。
* 在 EFI 系统分区中为 FreeBSD 创建启动目录
```sh
# mkdir -p /media/efi/freebsd
```
* 将 FreeBSD 的 EFI 启动文件复制到启动目录
```sh
# cp /boot/loader.efi /media/efi/freebsd/
```
* 使用 efibootmgr 工具向主板 UEFI 固件添加启动项 `FreeBSD`，这样在开机时就能在 UEFI 启动菜单中看到 FreeBSD 选项。
```sh
# efibootmgr --create --activate --label "FreeBSD" --loader "/media/efi/freebsd/loader.efi"
```
* 卸载 EFI 系统分区
```sh
# umount /media
```
目录结构：
```sh
/
├── boot/
│ └── loader.efi # FreeBSD EFI 启动加载器
├── tmp/
│ └── bsdinstall_etc/
│ ├── fstab # 临时 fstab 配置
│ └── rc.conf # 临时 rc.conf 配置
└── media/
└── efi/
└── freebsd/
└── loader.efi # 复制到 EFI 分区的启动加载器
```
* 退出 Shell
```sh
# exit
```
安装程序将自动继续后续流程。
### 完成
至此，我们已手动创建了一套与自动安装程序基本相同的 ZFS 数据集结构（自动安装通常还会创建独立的 `/home/用户名` 数据集，此处未包含）。
显示安装后系统的 ZFS 文件系统状态：
```sh
# zfs list
NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT
zroot 921M 91.6G 96K none
zroot/ROOT 919M 91.6G 96K none
zroot/ROOT/default 919M 91.6G 919M /
zroot/home 128K 91.6G 128K /home
zroot/tmp 104K 91.6G 104K /tmp
zroot/usr 288K 91.6G 96K /usr
zroot/usr/ports 96K 91.6G 96K /usr/ports
zroot/usr/src 96K 91.6G 96K /usr/src
zroot/var 636K 91.6G 96K /var
zroot/var/audit 96K 91.6G 96K /var/audit
zroot/var/crash 96K 91.6G 96K /var/crash
zroot/var/log 156K 91.6G 156K /var/log
zroot/var/mail 96K 91.6G 96K /var/mail
zroot/var/tmp 96K 91.6G 96K /var/tmp
```
## 参考文献
* Stanislas. How to manually install FreeBSD on a remote server (with UFS, ZFS, encryption...)\[EB/OL]. (2018-12)\[2026-03-26]. . 提供了 FreeBSD 手动安装的完整技术指南，包括 UFS、ZFS 等文件系统配置方法。
* FreeBSD Foundation. RootOnZFS/GPTZFSBoot\[EB/OL]. \[2026-03-26]. . 详细介绍了 FreeBSD 在 GPT 分区表上的 ZFS 根文件系统配置方法。
## 课后习题
1. 查找 FreeBSD 14.2 源代码中的 `/usr/src/usr.sbin/bsdinstall/scripts/zfsboot` 脚本，在测试环境中执行简单方法安装后，参照该脚本手动补全 `/home/用户名` 数据集的创建并验证用户登录后的主目录挂载。
2. 选取文中 ZFS 数据集的权限隔离机制（如 `/tmp` 目录的 `exec=on` 和 `setuid=off` 组合），分析该设计如何在“使用便利性”与“安全性”之间做权衡，尝试修改其中一个参数并观察系统行为变化。
3. 修改 EFI 启动项配置，为 FreeBSD 启动项设置较低的启动优先级，验证 Windows 作为默认启动系统的行为。