獨樹一幟的儲存系統門類:枝繁葉茂的ZFS儲存設備

自問世以來,ZFS檔案系統便以其完善、獨特的儲存管理特性,備受用戶與業界矚目,加上可開源使用的特性,使得導入ZFS成了打造專業儲存設備的捷徑,被許多開發者選用為儲存系統的核心,進而形成一個從開源免費NAS軟體,到商用產品的ZFS-based儲存設備領域。



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。

● 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時代的ZFS儲存設備發展
<圖表>既有的開源 / 免費類型ZFS儲存軟體
<圖表>主要的商售ZFS儲存產品(以臺灣本地銷售產品為主)

ZFS檔案系統儲存應用7大優勢
1 結合邏輯磁碟管理功能
2 128位元定址提供強大容量擴展性
3 儲存池提供靈活容量管理
4 自動化動態調節,簡化管理提高效能
5 具有多種資料完整性機制
6 結合SSD的讀寫加速機制
7 內建多種進階服務
<圖表>ZFS與其他常用檔案系統容量擴展性對比

ZFS儲存設備介紹
● Oracle Sun ZFS Storage Appliance
● Nexenta NexentaStor
● 普安EonNAS

《詳細內文請見iThome電腦報532期(www.ithome.com.tw),天瓏、誠品、何嘉仁、搜主義、敦煌、法雅客、Page one書店均有銷售》


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