撰文⊙張明德 攝影⊙賴基能

打造專業儲存系統的捷徑
對於儲存系統開發者來說,若直接利用ZFS來為自身產品提供底層儲存服務,便可立即獲得比起多數既有檔案系統更靈活、可靠、且同時具備邏輯磁碟管理功能的儲存服務,還可省去許多麻煩。

開源類型的ZFS儲存產品
開源類型主要有EON ZFS Storage、FreeNAS、NexentaCore等,其中除了FreeNAS以外,其餘幾款都是以ZFS為唯一的原生檔案系統(FreeNAS除ZFS外,還可支援UFS與EXT2/EXT3)。

既有的開源/免費類型ZFS儲存軟體

商用銷售型ZFS儲存產品
商用型ZFS儲存產品除Oracle原廠外,還有Aberdeen、Broadberry、Cartika、Compellent、Coraid、DataON Storage、GreenBytes、IceWEB、Nexenta、Syneto、ZenaVault,以及臺灣的普安、色卡司(Thecus)等第三方廠商的產品。

主要的商售ZFS儲存產品

Oracle時代的ZFS儲存設備發展
Oracle於2009年併購Sun、進而又在2010年中止OpenSolaris的事件,給ZFS-based儲存系統的未來發展,蒙上了一層陰影。

ZFS儲存設備介紹1:Oracle Sun ZFS Storage Appliance
目前Oracle的Sun ZFS Storage Appliance產品已經是第三代,包含有低階的S7120、中階的S7320與高階的S7420三個系列。

ZFS儲存設備介紹2:Nexenta NexentaStor
NexentaStor是源自開源的NexentaCore作業系統,作業系統核心是OpenSolaris核心搭配Debian/Ubuntu套件庫,底層由ZFS檔案系統負責磁碟管理。

ZFS儲存設備介紹3:普安EonNAS
在ZFS儲存產品領域,普安算是後起之秀,不過產品線與功能涵蓋都相當完整。

ZFS檔案系統儲存應用的7大優勢打造專業儲存系統的捷徑

以「Zettabyte」命名、問世之初被譽為「最後一種(The last word)檔案系統」的ZFS檔案系統,同時結合了檔案系統與邏輯磁碟管理(Volume Manager)兩種功能,加上獨特的儲存池管理概念、資料完整性機制、動態調節機制與內建多種複製服務,能為資料儲存與管理提供了一個靈活、可靠的基礎。

儘管發表至今已過了5、6年時間,但ZFS仍是當前最先進強大的通用型檔案系統之一,對任何欲建置檔案存取應用儲存設備的用戶來說,都是一個相當具有吸引力的選擇。而且ZFS還可提供開源使用,感興趣的使用者可自行將ZFS引進到自身的應用上。

打造專業儲存系統的捷徑
顯然的,對於儲存系統開發者來說,若直接利用ZFS來為自身產品提供底層儲存服務,便可立即獲得比起多數既有檔案系統更靈活、可靠、且同時具備邏輯磁碟管理功能的儲存服務,不僅可透過ZFS來提供儲存設備所需的儲存空間管理與軟體RAID功能,還可得到快照、Clone、重複資料刪除與壓縮等進階服務,開發者自身則可專注於硬體整合、系統與用戶權限管理、操作介面、網路連結等功能上,省去許多麻煩。

這也就是說,以ZFS為基礎來打造儲存系統,是建置專業檔案儲存設備的一條捷徑——ZFS的功能、效能、可靠性、錯誤回復能力與擴展性不僅是當前通用檔案系統中的佼佼者,即使與NetApp WAFL、EMC UxFS這類由儲存廠商專為檔案存取應用開發的專屬檔案系統相比,也毫不遜色,甚至尤有過之,更重要的是ZFS是開放的,這體現在兩個方面:

(1)ZFS可透過CDDL(通用發展與發布授權)方式無償使用與散布,並能整合在商用軟體中。

(2)ZFS可支援多種作業系統平臺,除了最初發布時原生支援的OpenSolaris與Solaris 10外,後續又延伸到FreeBSD、Mac OS X、Linux等多種作業系統平臺上,使用者可依自身需求選擇不同型態的ZFS環境組態。

因此ZFS問世後,很快便走出一般伺服器檔案系統應用的層面,被包括開發ZFS的原廠Sun/Oracle在內的眾多開發單位與廠商,選為自身專業儲存產品的底層基礎架構,從而在市場上,形成了一個包括眾多開源與商用儲存產品在內的「ZFS-based」儲存系統門類。

形形色色的ZFS儲存設備
從產品授權形態來看,「ZFS-based」儲存系統可分為免費開源資源,以及商用銷售產品兩大類,其中開源類型都是屬於純軟體類型,商用銷售型則又可分為純軟體與預載於硬體的應用伺服器兩種類型。

採用了ZFS檔案系統的開源型儲存服務軟體中,較著名的有EON ZFS Storage、FreeNAS、NexentaCore等幾款,商售的NexentaStor亦有免費版。

採用ZFS的商用型儲存產品,則以Oracle原廠的ZFS Storage Appliance為首,另外還包含了Aberdeen、Broadberry、Cartika、Compellent、Coraid、DataON Storage、GreenBytes、IceWEB、Nexenta、Syneto、ZenaVault,以及臺灣本土的普安、色卡司(Thecus)等眾多第三方廠商產品。

雖然有許多作業系統都能支援ZFS,不過考慮到產品散布、銷售與開發上的需要,除Oracle原廠外,多數ZFS儲存設備開發者都選擇開源類型的作業系統來與ZFS搭配。基於這樣的考量,最早原生支援ZFS、又能開源使用的OpenSolaris,便成為大多數第三方ZFS儲存設備開發者的選擇,故OpenSolaris+ZFS也成了ZFS儲存設備的主流架構。

繼Solaris/OpenSolaris後,FreeBSD也在2007年中發表的7.0版中,完整支援了ZFS,也有少數開發者選擇FreeBSD+ZFS的模式,作為自身ZFS儲存設備的基礎。

至於最廣泛使用的開源作業系統Linux,由於其採用的GNU授權協議與Sun的CDDL授權協議不相容,遲遲未能原生支援ZFS。雖然Linux平臺還是能透過FUSE(使用者空間檔案系統, Filesystem in Userspace)方式使用ZFS,但效能遠比不上原生支援方式,因此使用Linux/FUSE+ZFS模式的開發者相對少了許多。不過近來Linux在原生支援ZFS方面開始有了一些進展,加上OpenSolaris在2010年終止,日後或許Linux+ZFS模式會有更進一步發展。

其他能支援ZFS的開源作業系統,還有從OpenSolaris衍生的NexentaCore、MilaX、SchilliX、BeleniX、MartUX mBE與剛出現的OpenIndiana,以及從FreeBSD衍生的GNU/kFreeBSD與NetBSD等,但似乎只有NexentaCore與OpenIndiana,被部份ZFS儲存系統開發者選為儲存系統核心使用。開源類型的ZFS儲存產品

開源類型的ZFS儲存產品
開源類型主要有EON ZFS Storage、FreeNAS、NexentaCore等,其中除了FreeNAS以外,其餘幾款都是以ZFS為唯一的原生檔案系統(FreeNAS除ZFS外,還可支援UFS與EXT2/EXT3)。

EON ZFS Storage
EON ZFS Storage是一款非常典型的開源式ZFS儲存應用軟體,採用OpenSolaris作業系統搭配ZFS檔案系統,可在32或64位元x86平臺上執行,整套系統是基於嵌入式系統的需求而設計,可在光碟、CF卡、USB磁碟或DOM等小容量磁碟模組上安裝與執行,這也是其EON(Embedded Operating system/Networking)命名的由來。

EON ZFS Storage目前最新的版本是2010年6月發布的0.60 snv_130,一共分為4個版本——64位元的CIFS與Samba版、32位元CIFS與Samba版,還有省略apache http網頁伺服器功能的精簡版。

EON ZFS Storage只提供文字命令列管理,管理者可透過SSH遠端登入管理系統方式(開發者聲稱將來會有圖型化網頁式管理介面)。

除了在系統底層透過ZFS提供多種RAID層級的磁碟管理外,EON ZFS Storage可提供CIFS/Samba、NFS、Rsync等多種網路傳輸協定的支援,還有iSCSI Target功能可提供區塊存取服務,用戶群組權限管理也是基本功能。還能視需要安裝多種附加功能模組,讓系統扮演多種角色,如iTunes伺服器、網頁伺服器、下載伺服器等。

FreeNAS
FreeNAS是一套十分著名的開源NAS軟體,採用FreeBSD作業系統核心,底層可搭配多種不同檔案系統,包括UFS、EXT2/EXT3,以及ZFS等。

FreeNAS最新的版本是剛在2011年10月發布的8.0.2版,經多年發展後,目前的版本已擁有接近商用產品的功能,可提供網頁式圖型管理介面,還支援包括中文在內的18種語言,是同類開源軟體中發展較成熟的一款。

FreeNAS本身體積很小(只占100多MB空間),能支援嵌入式應用。系統底層透過FreeBSD的GEOM儲存管理層提供磁碟管理與軟體RAID功能,亦可選用ZFS,選用ZFS時,則改用ZFS的軟體RAID功能。系統上層可提供CIFS/Samba、NFS、AFP、FTP多種傳輸協定,亦提供iSCSI Target功能,以及用戶群組權限管理,還能透過附加模組,提供P2P、iTunes、PHP網頁伺服器等多種應用功能。

NexentaCore
又被稱為Nexenta OS,是一套基於OpenSolaris核心與Ubuntu套件庫的開源作業系統,底層可透過ZFS檔案系統提供磁碟管理功能,並藉由CIFS、NFS、iSCSI等多種傳輸協定,提供網路檔案共享存取應用。

NexentaCore本身是一種通用作業系統,最新的版本是2010年9月發布的3.0.1版。與多數開源作業系統相似,NexentaCore亦只有文字命令列介面(可透過安裝GNOME套件,提供本機上的圖形操作介面),雖然熟悉系統的人,仍可直接進行各項儲存設定與管理,但畢竟不方便。

針對這個問題,可透過安裝稱為napp-it的套件,來為NexentaCore提供遠端管理用的網頁式控制臺。napp-it將網路共享儲存管理所需的各項指令,都包在圖型化的網頁介面中。加上專為儲存管理設計的napp-it套件後,NexentaCore就變成功能接近商用NAS的儲存設備,napp-it介面雖然不像商用NAS那樣精緻,但功能十分完整,包括磁碟組態、網路組態到權限設定一應俱全,用戶還能透過這套介面操作多種附屬功能。

NexentaStor免費版
NexentaStor是以NexentaCore為基礎衍生的商用版本,開發商Nexenta亦提供免費下載的Community版本。

NexentaStor免費版可提供與商用版完全一樣的NAS與SAN管理功能,但有18TB的可用空間限制,另外也少了高可用性叢集、WORM(一次寫入、多次讀取)與虛擬LUN映射等附加功能。

與開源的NexentaCore相比,NexentaStor免費版亦是基於相同的OpenSolaris核心與ZFS檔案系統,但由於有專業公司負責維護與更新,原生提供更專業、也更方便使用的網頁式控制臺,與硬體搭配的相容性也更有保障。既有的開源/免費類型ZFS儲存軟體

商用銷售型ZFS儲存產品

商用銷售型ZFS儲存產品
如前所述,商用型ZFS儲存產品除Oracle原廠外,還有Aberdeen、Broadberry、Cartika、Compellent、Coraid、DataON Storage、GreenBytes、IceWEB、Nexenta、Syneto、ZenaVault,以及臺灣的普安、色卡司(Thecus)等第三方廠商的產品。其中Nexenta或許是其中最重要的一家,因為Compellent、Broadberry、DataON Storage與IceWEB等廠商都是採用NexentaStor解決方案。

由於相關廠商與產品眾多,我們接下來只介紹國內較容易找到的產品。

Oracle
Oracle可說是ZFS儲存設備的正宗原廠,在Sun被Oracle併購之前,Sun便於2008年推出了第一代的ZFS儲存應用伺服器—Open Strorage,後來進入Oracle時代後,又陸續推出第二代產品Unified Storage與目前最新的第三代產品Oracle NAS Storage,正式名稱是Sun ZFS Storage Appliance。

雖然是原廠產品,不過Oracle/Sun的ZFS Storage Appliance採用Intel x86-based平臺,而非Sun獨有的SPARC-based平臺。目前有S7120、S7320與S7420等三種款式,可支援從最小11臺硬碟到最大576臺硬碟等不同容量的組態,除最低階的S7120為單控制器、且僅支援SSD寫入加速功能外,其餘兩款都支援雙控制器高可靠性叢集架構,以及SSD讀取與SSD寫入加速功能。系統基本內建4組GbE埠作為存取介面,亦提供10GbE、8G FC與InfiniBand等多種選購選項。

在軟體方面,Sun ZFS Storage Appliance採用的作業系統,是對應最新Solaris 11的Solaris儲存專用版,除了透過NFS、CIFS協定的檔案共享存取功能外,還有SCSI目標設備功能模組,可將ZFS儲存池空間轉為區塊類型磁碟區,並透過iSCSI或FC協定提供給前端主機存取。所有管理作業基本上都必須透過網頁控制臺進行,除了遠端複製與Clone兩項功能為選購外,其餘所有功能都是免費內建。

Nexenta
如前所述,Nexenta的產品NexentaStor是從開源類型的NexentaCore衍生的商用軟體,目前有2.0、3.0與3.1等三個版本流通,按授權方式的差別,則又分為免費的Community版、45天試用版與Enterprise版。

透過底層的ZFS檔案系統,NexentaStor能提供儲存池管理與快照、Clone、Thin provisioning、壓縮、重複資料刪除與SSD讀寫加速等功能,藉由上層的作業系統核心與各式功能模組,NexentaStor則能同時支援包括CIFS、NFS、iSCSI、FC與AoE等多種檔案與區塊存取協定,以及高可用性叢集、同步/非同步遠端複製等進階應用。

除直接向用戶銷售NexentaStor軟體外,Nexenta還透過OEM方式向其他廠商提供NexentaStor軟體,這也讓這款軟體成了許多第三方ZFS儲存產品的核心,如Compellent、Broadberry、DataON Storage與IceWEB等廠商的ZFS儲存伺服器,都是基於NexentaStor。

普安
國內老牌磁碟陣列廠商普安在2010年初正式踏入NAS領域,推出了EonNAS系列產品。EonNAS家族採用OpenSolaris+ZFS的架構,透過ZFS在底層提供可靠、功能強大且易於管理的儲存服務。

EonNAS家族目前分為:入門級、採用桌上型與1U機架式機箱的EonNAS Pro系列,以及企業級、可外接擴充機箱的EonNAS 3000/5000系列。入門級機型都內建了2組GbE埠,企業級機型除了內建的4或8組GbE埠外,還能選購10GbE埠。

在軟體功能方面,包括快照、Clone、Thin provisioning、壓縮、重複資料刪除、遠端複製與iSCSI Target等功能都是EonNAS全家族機型基本內建,企業級機型還支援SSD讀寫加速功能。日後部份企業級機型還會提供雙控制器高可用性叢集功能。

色卡司
色卡司NAS產品採用Linux-based作業系統核心,可原生支援EXT3、EXT4與XFS等3種檔案系統,亦可透過FUSE方式支援ZFS檔案系統。

選用EXT3時有8TB單一磁碟區容量的限制,EXT4、XFS與ZFS的最大磁碟區都可超過8TB,但前2者不提供資料夾配額功能(只有用戶帳號配額功能),也沒有快照功能,只有選用ZFS時能提供快照,不過色卡司的ZFS是透過FUSE方式實現,效能上會受一定影響。

另一方面,當使用者選擇ZFS以後,色卡司NAS也只啟用了快照與配額兩項功能,並沒有完整使用ZFS的眾多進階功能。

目前色卡司全線NAS產品中,除了N12000、N16000、N8900、N4100Eco、N4100Pro與N2200PLUS等5款較新的產品,不支援ZFS外,其餘均提供ZFS選項。主要的商售ZFS儲存產品

(1) 只提供寫入加速選項。
(2) 2012年第二季時,預計可提高到120臺硬碟。

Oracle時代的ZFS儲存設備發展

Oracle時代的ZFS儲存設備發展
Oracle於2009年併購Sun、進而又在2010年中止OpenSolaris的事件,給ZFS-based儲存系統的未來發展,蒙上了一層陰影。由於Oracle對免費開源應用政策的態度與Sun大不相同,先是在2010年3月停止提供免費版Solaris 10,接下來又停止了對OpenSolaris的支持。在遲遲未能獲得Oracle正面回應的情形下,Opensolaris管理小組於2010年8月23日解散,這也意味著這個開源作業系統計畫的結束。

這對原廠Oracle Sun ZFS Storage Appliance雖然沒有影響,但由於許多第三方ZFS-based儲存系統開發者與廠商,都是依賴Opensolaris作為系統核心,Opensolaris的結束,顯然將會對於他們的產品開發造成嚴重衝擊。

Oracle雖然宣稱,將繼續允許既有開源Solaris程式碼在CDDL模式下開源使用,大部份新的Solaris程式碼也會透過CDDL繼續發布,但與先前Sun時代一個重大差別是,以往Solaris的新功能與更新,通常都會先透過OpenSolaris釋出,而後才會導入到官方版Solaris中(所以OpenSolaris也帶有為Solaris進行先期測試的意味)。而在Oracle接手後,任何Solaris新技術與更新則會先出現在官方版Solaris中,Oracle不會即時發布Solaris開源程式碼。

事實上,在Oracle剛發表的Solaris 11中,就包含了只在官方授權版中才會有的ZFS更新(如新增的加密功能)。目前用在Solaris上的ZFS已更新到version 30(儲存池版本),而用在FreeBSD、Nexenta等開源環境上的ZFS版本則停留在version 28,未來ZFS的升級也只會針對閉源的Solaris,這代表開源與商用同步發展的時代已經過去。

目前開源社群雖然成立了Illumos基金會,並啟動OpenIndiana計畫,試圖以OpenSolaris原來的程式碼為基礎,繼續發展一個不依賴原廠、完全獨立開發且與Solaris相容的開源作業系統。但少了Oracle原廠的支援,後續發展對於開源社群將是一個艱鉅的任務,從而也給依賴OpenSolaris的ZFS儲存設備開發者造成相當的衝擊。

針對OpenSolaris結束後的ZFS儲存系統發展,可能會出現以下幾種路線:
(1) 繼續維持OpenSolaris+ZFS架構,並透過OpenIndiana取得後續發展的支援,如最新版的Nexenta便採取這條發展路線。不過恐怕只有技術能力較強的開發者與廠商,才能繼續堅持這條開源路線,自行解決導入新功能,以及系統與各式各樣新型周邊硬體裝置牽涉到的相容性問題(如10GbE網路卡、16G FC HBA等新介面)。

(2) 繼續使用ZFS作為儲存底層,但改用其他作業系統取代OpenSolaris。候選的對象包括FreeBSD與Linux的各種版本等,不過這同樣會遭遇ZFS不再有開源更新的問題,而且要將既有產品轉移到其他平臺上也牽涉到大量工作。另一方面,Linux對ZFS的原生支援雖然有所進展,但還沒到足夠完善的程度,並不很適合商用化的ZFS儲存設備使用。

(3) 放棄ZFS,改用其他開源檔案系統作為儲存設備的底層基礎。這方面Btrfs是一個有力的候選者,Btrfs可說是為了向ZFS「看齊」而發展的Linux檔案系統,已被納入Linux Kernel 2.6.29中,擁有許多類似ZFS的特性(如儲存池、16EB最大容量、Copy-on-write架構、內含軟體RAID/快照/Clone功能等),且能由舊的Ext3/Ext4轉換。

目前Btrfs發展還不完善(如軟體RAID只有RAID 0與1兩種),一些功能得等到日後才會陸續加入(如更多類型的RAID、重複資料刪除與加密等),就儲存伺服器應用來說仍有所不足。

但更重要的是,儘管Btrfs最初是由後來加入Oracle的Chris Mason發起,不過整個Linux開源社群的規模與力量,遠大於OpenSolaris社群,無論Btrfs計畫發起廠商Oracle的態度日後發生什麼變化,也更能支撐這項計畫的後續發展。目前已有10種以上的Linux發行版支援Btrfs,新版的Fedora甚至準備將其作為預設檔案系統。

可預期Btrfs最終將會發展成可與ZFS相比的先進檔案系統,而Linux+Btrfs的組合,日後也有機會成為繼OpenSolaris+ZFS之後的新一代開放式儲存系統基礎,當然對既有ZFS儲存設備開發者來說,要轉移到新架構上也非一蹴可及。ZFS儲存設備介紹1:Oracle Sun ZFS Storage Appliance

廠商資訊 廠商▲Oracle
網址▲www.oracle.com
電話▲(02)2312-7588

一提到Oracle的Sun ZFS Storage Appliance,可說是ZFS儲存系統的「原廠正宗」產品,目前產品已經是第三代,包含有低階的S7120、中階的S7320與高階的S7420三個系列。

與其他ZFS儲存設備相比,Sun ZFS Storage Appliance的基本功能大致上是相似的,同樣都是運行在Intel x86-64平臺上的Solaris+ZFS架構,能提供所有ZFS磁碟管理功能,以及各式各樣共享存取管理功能,但另有幾個獨門特色:

● 軟硬體全部由Oracle原廠負責整合與維護。不過相對所有元件都必須向Oracle購買,包括磁碟、加速用的SSD硬碟型號、容量等,都只能選擇Oracle提供的款式,用戶選擇彈性較小。

● 可涵蓋較高階的應用領域,最高階的S7420可提供最大1TB的快取記憶體與576臺硬碟的最大容量,還可搭配最多8臺寫入加速用與96臺讀取加速SSD。

● 可選購的傳輸埠類型較為豐富,除基本內建的4組GbE埠外,還可選購額外的GbE埠,以及10GbE、8G FC與InfiniBand等介面。安裝FC HBA卡後,便能搭配FC Target功能提供FC SAN存取。

● 除Clone與遠端複製功能為付費選購外,其餘功能均為內建。相較下,其他ZFS儲存解決方案廠商大都是免費提供這兩個功能。

● 網頁控制臺提供極為詳細的效能監控與記錄功能,可供稽核與故障排除的參考。

● 對Oracle軟體有特別的支援,如整合了Oracle資料庫的混合式欄位壓縮功能(HCC)。

● 提供獨特的NFS遷移功能,可將其他NAS上的資料透過ZFS自動遷移到Sun ZFS Storage Appliance上。


▲Sun ZFS Storage Appliance的所有管理與設定工作都是透過網頁式控制臺進行,除了各種設定選項外,控制臺介面還提供圖形化的儀表板畫面,可動態顯示系統運行狀態。


▲控制臺內建的狀態監控工具提供了非常細緻的選項,除了可按時間點持續記錄運行狀態資訊外,還可輸出成報表,供稽核或故障排除作業的參考。ZFS儲存設備介紹2:Nexenta NexentaStor

廠商資訊 廠商▲Nexenta
網址▲www.nexenta.com
代理商▲普樺科技
電話▲(02)2914-8001

從某些層面來看,Nexenta或許是眾多第三方ZFS儲存設備廠商中最重要的一家。首先,Nexenta的NexentaStor是一套以純軟體方式銷售的儲存應用作業系統,Nexenta除了直接向用戶銷售外,也透過OEM方式向其他儲存廠商提供NexentaStor,這也讓NexentaStor成為許多ZFS儲存產品的核心源頭。其次,Nexenta還是Illumos/OpenIndiana開源計畫的支持者之一,是OpenSolaris結束後繼續維持Solaris開源社群發展的一股重要力量。

NexentaStor是源自開源的NexentaCore作業系統,作業系統核心是OpenSolaris核心搭配Debian/Ubuntu套件庫,底層由ZFS檔案系統負責磁碟管理。

雖然源自開源軟體,但NexentaStor是由私人的Nexenta公司負責開發、維護並進行硬體相容性測試,較開源版本擁有更專業且更容易使用的操作介面,功能也更豐富完整。

除了基本的CIFS/NFS檔案共享存取管理外,NexentaStor還支援iSCSI、FC與AoE等區塊型存取傳輸協定、遠端複製,以及HA叢集功能,原廠還提供專門搭配Windows用戶端的Deloreon備份工具(含100個用戶端授權)、安裝於用戶端用於確保快照一致性的快照代理程式,以及用於管理虛擬機器、並提供快照功能的VM Data Center等多種選購的附屬應用程式。

由於採用純軟體架構,所以NexentaStor的硬體選擇彈性非常大,用戶可視自身需求靈活的選擇硬體組態,只需注意周邊設備是否在原廠支援清單中即可。臺灣區的代理商普樺,也提供預先於用戶選定規格伺服器上搭載NexentaStor的軟硬體整合服務,可簡化用戶硬體配置的問題。



▲NexentaStor的管理與設定作業,都是透過瀏覽器登入的網頁式控制臺進行,藉由圖形介面可容易地完成磁碟與各項存取設定,還內建動態顯示的系統狀態即時監控功能。ZFS儲存設備介紹3:普安EonNAS

廠商資訊 廠商▲普安
網址▲www.infortrend.com
電話▲(02)2226-0126

在ZFS儲存產品領域,普安算是後起之秀,不過產品線與功能涵蓋都相當完整。

普安EonNAS家族採用十分典型的OpenSolaris+ZFS架構,分為EonNAS Pro與3000、5000等三個系列。EonNAS Pro是針對入門級應用,採用4~8Bay的桌上型機箱與1U/4Bay桌上型機箱,另兩者則針對企業應用:EonNAS 3000採用2U/12Bay機箱,可透過SAS埠外接擴充機箱;EonNAS 5000系列則採用控制器與磁碟櫃分離的架構,亦可透過SAS埠外接擴充機箱。整個家族可涵蓋從2臺硬碟規模的個人應用,到最大96臺硬碟規模的企業應用領域(5000系列的最大容量,在明年初可提升到120臺硬碟)。

雖然硬體組態上有所差異,不過EonNAS全系列的軟體功能基本上是相同的,儲存管理功能十分完整、並能橫跨NAS與IP SAN兩種類型的應用。透過底層的ZFS檔案系統能提供儲存池管理與快照、重複資料刪除、壓縮、Thin provisioning等功能,系統本身則能提供CIFS、NFS、AFP、FTP與iSCSI等檔案或區塊類型的傳輸協定支援,以及遠端複製功能(含128位元SSH加密的Rsync功能),另外高階的5000系列未來還會提供雙控制器高可用性備援與FC介面選購功能。

EonNAS 3000中的部份機型與EonNAS 5000系列全部機型,還提供透過SSD加速ZFS檔案系統讀取/寫入的功能。

特別值得一提的是,臺灣許多本土廠商的NAS產品,在硬體方面都是直接採用現成的伺服器,然後安裝上自身的軟體而成,許多擴充硬體也都是直接使用既有的市售產品,但普安在硬體上則由自身主導,EonNAS系列從機箱、主機板到I/O模組都是自行研製,就連10GbE擴充介面選項也是採用普安自行設計的擴充子卡,不像其他廠商大都是直接在伺服器上安裝市售的現成10GbE網路卡。這種作法一方面顯示了普安的技術能力,另一方面也代表普安對於軟硬體整合有更深入的掌握。


▲控制臺採用傳統的左側樹狀選單+右側狀態欄配置,各項功能群組一目了然,即使不看手冊,有一定經驗的管理者也可輕易上手操作。


▲建立共享資料夾或磁碟時,可同時選擇是否啟用重複資料刪除、壓縮、Thin provisioning等進階功能。ZFS檔案系統儲存應用的7大優勢

1. 結合邏輯磁碟管理功能
ZFS不僅是一個檔案系統,本身還結合了邏輯磁碟管理功能。對包含有十多臺或數十臺以上硬碟的大容量儲存裝置來說,傳統的磁碟分割管理方式已不敷所需,必須透過在實體磁碟分割區上的邏輯磁碟管理層,以區塊映射方式在實體磁碟分割區上建立虛擬磁碟區,藉以實現組態更彈性、存取效率也更高的磁碟空間運用,並提供RAID與鏡像、快照等功能。

但多數作業系統內含的邏輯磁碟管理功能相對較為陽春,這也讓Veritas Volume Manager之類的第三方邏輯磁碟管理軟體大行其道,或者是得改用硬體RAID解決方案來提供類似功能。

相較下,ZFS的用戶就不需要額外購置這類邏輯磁碟管理軟體,也不需要引進硬體RAID,ZFS本身就能提供十分強大的邏輯磁碟管理功能,可提供RAID 0、鏡像(RAID 1)、RAID Z(RAID 5)、RAID Z2(RAID 6)與RAID Z3等多種磁碟組態,以及快照、Clone等功能。

2. 128位元定址提供強大容量擴展性
ZFS採用128位元定址,定址能力遠大於既有32位元或64位元檔案系統,可管理幾近無限的儲存容量,每個ZFS儲存池、檔案系統與單一檔案,可允許最大16EB(1600萬TB)的容量,每個檔案系統與目錄理論上可允許存放數以十億計的檔案與快照,更能因應資料量增長的需求(ZFS儲存池理論容量上限是256ZB,不過儲存池內單一磁碟區或檔案系統最大容量是16EB)。

相較下,其他常用檔案系統的擴展性大都不如ZFS,如EXT3的最大單一磁碟區與單一檔案的上限,分別為2~32TB與16GB~16TB(視採用的區塊大小而定);EXT4最大磁碟區與檔案大小,上限為16TB與1EB,不過實務上受管理工具所限最大磁碟區僅16TB;XFS最大磁碟區與檔案大小上限均為8EB;NTFS的最大磁碟區與檔案大小上限理論上雖然也是16EB,但實務上被限制在256TB與16TB。

即使與一些NAS專屬檔案系統相比,ZFS的容量擴展性也更勝一籌,如NetApp WAFL的單一磁碟區(aggregate)上限為16TB(DataONTAP 7.x)與100TB(DataONTAP 8以後),EMC UxFS早期的單一磁碟區/檔案系統上限也是16TB。目前只有Veritas的VxFS、FFS、UFS2等少數Unix用的檔案系統,擁有與ZFS相當或更大的單一磁碟區上限(理論值)。

3. 儲存池提供靈活容量管理
傳統檔案系統大都是直接建立在個別磁碟區上(單一實體磁碟分割區,或透過邏輯磁碟管理員利用多個磁碟裝置組成的邏輯磁碟區),雖然邏輯關係一目了然,但也存在著資源調配不靈活的問題,檔案系統的空間是透過磁碟區「硬性」分派,掛載給某個檔案系統的磁碟區,即使有額外空間,也無法挪給其他檔案系統使用。

ZFS的儲存管理則引進了儲存池(Storage Pool)概念,所有底層磁碟裝置先組成可採用不同RAID組態的儲存池,稱為zpool,透過儲存池配置器(Storage Pool Allocator)將各儲存設備的實體位址轉換為虛擬位址區塊,並構成邏輯上的單一連續空間,再透過資料管理單元(Data Management Unit)將虛擬位址區塊轉給檔案系統層使用。

由於檔案系統使用的磁碟空間是由zpool動態配置,所以zpool的所有儲存空間,可以為上層的所有檔案系統使用,運用更具彈性,管理也更簡便,管理者只須設定個別檔案系統允許使用空間的配額與保留空間數值,並決定是否啟用某些進階功能即可。

4.自動化動態調節簡化管理提高效能
ZFS的寫入作業基於Copy-on-Write架構、可變長度區塊與動態Striping等機制,能依照底層磁碟效能、寫入檔案大小,自行動態調整使用的區塊大小,然後寫入zpool中的可用磁碟空間上,不僅管理更簡單、還能達到效能最佳化需求。

相較下,傳統RAID或邏輯磁碟管理都採用靜態Striping機制,檔案系統存取也是使用固定區塊尺寸,必須在設定前預先估計系統存取特性,設定固定的Stripe參數與區塊大小,設定完成後就不能更動,但若參數設定不當,卻又會對存取效能造成相當大的負面影響。

5. 多種資料完整性機制
ZFS的存取指令作業採用透過儲存池資料管理單元維持一致性的Transaction架構,透過稱為ZFS Intend Log(ZIL)的transaction log機制,來確保寫入資料的同步。此外ZFS的資料寫入又是基於Copy-on-Write架構,當任一區塊的資料發生異動時,新的資料會被寫入到空的區塊位置,而不會覆蓋原有區塊,ZFS會透過區塊指標來記錄新資料的區塊位置。藉由前述架構不僅可改善資料完整性,還能避免傳統作業系統意外中斷作業後,必須耗費長時間執行的檔案系統檢察與修復作業。

另外ZFS所有存取作業都含有Checksum機制,可修正因硬體、驅動程式或檔案系統metadata出錯所導致的silent data corruption錯誤問題,進一步保證資料的正確性。

6. 結合SSD的讀寫加速機制
ZFS可利用SSD來搭配內建的L2ARC與ZIL兩種功能,從而有效加速存取效能。對於讀取作業可透過L2ARC快取功能,利用主記憶體外的高速儲存裝置空間(如SSD),充當第2層ARC快取緩衝區,透過增大可用的ARC快取緩衝區容量來提高快取命中率。對於寫入作業,則可將ZIL指定配置到SSD等高速媒體上,從而加速寫入作業效率。

7. 內建多種進階服務
藉由Copy-on-Write寫入架構,ZFS可以很容易地實現快照與Clone兩種功能,而且沒有份數的限制(其實還是有上限,只是上限數字極大(2的64次方),等同於沒有限制),此外ZFS還內建了許多原先只有專業企業級儲存設備才提供的進階功能,包括重複資料刪除、壓縮、Thin provisioning、配額與保留空間等。

ZFS與其他常用檔案系統容量擴展性對比

名稱 單一Volume最大容量
EXT3 32TB
EXT4 16TB(實務)
1,000,000TB(理論)
FAT32 8TB
NTFS 256TB(實務)
16,000,000TB(理論)
XFS 8,000,000TB(檔案系統)
ZFS 16,000,000TB(理論)
NetApp 16TB(DataONTAP 7.x)
100TB(DataONTAP 8)
EMC UxFS(2) 16TB
EMC OneFS(3) 15,000TB+(實務)

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