خط دفاعی پیشرفته برای اطلاعات و داده شما: راهنمای خریدار ZFS NAS و دستگاههای ذخیرهسازی
در طول دهه گذشته، بازار ذخیرهسازی تخت شبکه (NAS) از خدمترسانی به عنوان فایل سرورهای ساده به عملکردهای پیشرفته ترب مانند سرورهای محاسباتی و نرم افزاری تکامل یافته است. با این حال، با شیوع فزاینده باجافزارها و آموزش هوش مصنوعی که الزامات سختگیرانهای را بر یکپارچگی دادهها تحمیل میکند، باید هسته اصلی سیستمهای ذخیرهسازی یا همان سیستم فایل، حیاتیترین لایهای که پایه و اساس کل زیرساخت فناوری اطلاعات شما را تشکیل میدهد را دوباره بررسی کنیم.
به همین دلیل است که سیستم فایل زتابایت (ZFS) در سالهای اخیر از سرورهای سطح سازمانی یا اینترپرایز به بازار NAS های میانرده تا سطح بالا انتقال یافته و به عنوان یک انتخاب ارجح برای حفاظت از داراییهای اطلاعاتی و داده ها ظهور کرده است. با ما همراه شوید تا از دیدگاه امنیت دادهها و معماری سختافزار، راهحلهای ذخیرهسازی را که از ZFS پشتیبانی میکنند، بررسی کرده و با اطلاعات کامل تری آنها را انتخاب کنیم.
چرا اکنون بیش از هر زمان دیگری به ZFS نیاز داریم؟
برای بسیاری از مدیران فناوری اطلاعات سازمانی و کاربران، علاقهمندان سطح متوسط تا بالای ذخیره سازی، استفاده از Ext4 یا Btrfs می تواند بسیار آسان باشد. با این حال،در هنگام مواجهه با دادههای حجیم در مقیاس پتابایت یا مواجهه با الزامات امنیتی شدید، مزایای ZFS غیر قابل چشم پوشی است.
به همین دلیل به بررسی چند قابلیت اصلی این فایل سیستم می پردازیم.
کپی هنگام نوشتن (CoW) ، ساختاری که مهم ترین دشمن باجافزار است
کپی هنگام نوشتن (CoW) یکی از اصلی ترین مکانیزم های فایل سیستم ZFS است. وقتی دادهها تغییر میکنند، ZFS بلوکهای قدیمی را بازنویسی نمیکند؛ در عوض، آنها را در بلوکهای جدید مینویسد. در این ساختار ایجاد یک اسنپشات ZFS آنی فضای ذخیرهسازی قابل توجهی را مصرف نمیکند و این کار در سرعت و مدیریت فضای ذخیره سازی تاثیر بسیاری دارد. با این حال، در عمل، مصرف واقعی فضا از تغییرات بعدی در بلوکهای داده اصلی ایجاد میشود به این دلیل که ساختار CoW دادههای قدیمی را حفظ میکند.
در صورتی که ساختار فناوری اطلاعات یک شرکت به یک استراتژی پشتیبانگیری با فرکانس بالا ، مثلاً هر ۱۵ دقیقه ، نیاز داشته باشد، ZFS تنها انتخابی است که میتواند عملکرد بلندمدت را بدون افت کیفیت حفظ کند. علاوه بر این، هنگام دفاع در برابر باجافزار، صرفاً استفاده از Snapshot + WORM یا Snapshot Lock کافی نیست. در عمل، آنچه واقعاً با باجافزار مقابله میکند، یک فناوری واحد نیست، بلکه یک استراتژی ترکیبی است: ZFS Snapshots ترکیبی از سیاست های تغییرناپذیری (immutability) و تکثیر از راه دور (remote replication) می باشد. به عنوان مثال، فناوری ZFS pairing replication به همراه فناوری Air-Gap، محافظت و قابلیتهای پاسخگویی سریع بهتری را برای این نوع بکاپ گیری فراهم میکند.
مکانیسمهای خود ترمیمی یا Self-healing برای مقابله با از بین رفتن اطلاعات یا Bit Rot
خرابی خاموش دادهها، قاتل نامرئی ذخیرهسازی طولانی مدت است. این مدل خرابی را در عکس ها و ویدیوهای قدیمی بخاطر داریم. زمانی که یک فایل عکس قدیمی بصورت نیمه باز می شود یا باز کردن یک ویدیو با خطا مواجه می شود دلیل اصلی آن تخریب شدن یا گم شدن بیت ها بدلیل اختلال در فایل سیستم یا فرسودگی هارد دیسک ها می باشد. برای جلوگیری از این اتفاق هنگام خواندن دادهها، ZFS تأیید کنترلی را به آنلاین (real-time checksum verification) انجام میدهد.
برای مجموعه دادههای تصویری مورد استفاده در آموزش مدل هاب هوش مصنوعی یا بایگانیهای تصویربرداری پزشکی، حتی یک خطای تک بیتی میتواند منجر به عواقب فاجعهباری شود. ZFS میتواند بهطور خودکار دادههای خراب را تعمیر کند قابلیت پیشرفته ای که RAID Controller های سختافزاری سنتی قادر به انجام آن نیستند.
تفاوتهای اساسی بین ZFS، ساختار RAID های سنتی و RAID سختافزاری
در یک محیط RAID سختافزاری، سیستم هیچ آگاهی از محتوای فایل ندارد، هیچ چکسام یا کنترل سرتاسری ارائه نمیدهد و بنابراین نمیتواند صحت دادهها را تأیید کند.
با این حال، در یک محیط ZFS، خود فایل سیستم به عنوان RAID عمل میکند. فراداده یا متادیتا و دادهها با هم اعتبارسنجی میشوند که نشاندهنده یکپارچگی کامل و سرتاسری است.
مثلث طلایی برای انتخاب سختافزار مبتنی بر ZFS
هنگام انتخاب یک ذخیره ساز NAS مبتنی بر ZFS چه از سری QuTS QNAP باشد، چه سختافزار TrueNAS یا یک راهکار سفارشی در سطح سازمانی نمیتوانید صرفاً روی تعداد خشاب های درایو تمرکز کنید. ZFS یک فضای ذخیرهسازی نرمافزارمحور است و به شدت به منابع محاسباتی متکی است. بنابراین توان پردازنده و میزان رم دستگاه ار اهمیت بسیاری برخوردار می باشد.
۱. حافظه رم (RAM) روح دستگاه و فناوری ECC یک ضرورت است
فایل سیستم ZFS با استفاده از فناوری Adaptive Replacement Cache یا ARC از رم دستگاه بعنوان لایه اول cache استفاده می کند.
در گذشته، ZFS در مورد اندازه حافظه قانونی داشت که اغلب به عنوان “قانون طلایی” از آن یاد میشد. اگر چه ساختارهای متنباز اغلب “1 گیگابایت رم به ازای هر 1 ترابایت دیسک” را توصیه میکند، اما فعال کردن فناوری های مانند deduplication یا حذف دادههای تکراری به صورت داخلی یا inline، نیازها به حافظه رم را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد. در چنین مواردی، ممکن است به 2 گیگابایت رم به ازای هر 1 ترابایت دیسک یا حتی بیشتر نیاز داشته باشید. این موضوع که اگر ویژگی هایی ماننده dedup را فعال کنید یا خیر، باید از قبل بر اساس انواع دادههای اولیه ذخیره شده در storage pool و الگوهای استفاده معمول ارزیابی و محاسبه شود.
دستورالعمل “1 گیگابایت رم به ازای هر 1 ترابایت ظرفیت دیسک” در سالهای اولیه ZFS (2008-2012) ارائه این سیستم عامل بکار گرفته می شده است.
در محیطهای امروزی که فشردهسازی، اسنپشات، تکثیر، ACLها و حتی SMB Multichannel فعال هستند به وضوح نیازهای حافظه دنیای واقعی بسیار فراتر از اعدادی است که در ابتدا محاسبه و معرفی می شده است.
تنظیمات پیشنهادی:
استفاده فقط بصورت فایل سرور (بدون حذف دادههای تکراری یا فعال سازی فناوری deduplication): تقریباً ۱ تا ۱.۵ گیگابایت رم به ازای هر ۱ ترابایت فضای خام.
با فعال بودن Snapshot/Replication گسترده: تقریباً ۲ گیگابایت رم به ازای هر ۱ ترابایت.
با فعال بودن حذف دادههای تکراری: برای شرکتهای کوچک و متوسط توصیه نمیشود، مگر اینکه معماری اختصاصی و برنامه ریزی شده کاملی برای این فناوری و همچنین بودجه کافی وجود داشته باشد.
اگر بودجه اجازه میدهد، مدلهای رم را که از فناوری تصحیح خطا (ECC) پشتیبانی میکنند، در اولویت قرار دهید. اگر خطایی در RAM رخ دهد، ZFS ممکن است هنگام تعمیر دادههای خراب، سهواً اطلاعات نادرست بنویسد. ECC را میتوان یک لایه محافظتی اضافی برای ZFS در نظر گرفت. با این حال، اگر محدودیتهای بودجه نگرانکننده هستند، استفاده از حافظه غیر ECC هنوز یک گزینه مناسب است. در چنین مواردی، اطمینان از ظرفیت کافی حافظه حتی مهمتر است.
۲. واحد پردازش مرکزی (CPU): سرعت کلاک بالاتر مهم تر از تعداد هستههای بیشتر است
مگر اینکه NAS برای اجرای تعداد زیادی ماشین مجازی یا کانتینرهای Docker در نظر گرفته شده باشد، برای بارهای کاری ورودی/خروجی ZFS ، یک CPU با سرعت کلاک بالاتر معمولاً عملکرد انتقال SMB بهتری نسبت به پردازنده ای با تعداد هسته بالاتر ارائه میدهد. از آنجا که checksum، فشردهسازی و رمزگذاری در ZFS عملیات وابسته به CPU هستند، ZFS مدرن (OpenZFS) میتواند به طور مؤثر از چندین هسته CPU برای ورودی/خروجی، فشردهسازی و تکثیر چند صفی استفاده کند. برای سرویسهای مبتنی بر فایل که عمدتاً از طریق SMB یا NFS ارائه میشوند، سرعت کلاک بالاتر هنوز هم عملکرد تک اتصال را ترجیح میدهد. با این حال، هنگامی که فشردهسازی، رمزگذاری، تکثیر یا workload های چند کلاینتی همزمان مطرح هستند، مزایای هستههای CPU اضافی به طور قابل توجهی افزایش مییابد.
در پیادهسازیهای عملی ZFS، اولین مشکلی که باید از آن اجتناب کرد، تراشههای ARM SoC رده پایین با پهنای باند حافظه محدود است که معمولاً در دستگاههای NAS سطح پایین یافت میشوند. پردازندههای ARM رده بالا و مناسب سرور برای ZFS مشکلی ایجاد نمیکنند، اما اصولا در ذخیره سازهای NAS مورد استفاده قرار نمی گیرند.
۳. برنامهریزی لایه کش: L2ARC و ZIL/SLOG
فناوری cache سه لایه در فایل سیستم ZFS تقریبا مهمترین تفاوت ذخیره سازهای NAS کیونپ و سایر ذخیره سازهای موجود در بازار و NAS های معمولی است.
شتابدهی خواندن (L2ARC): دقت داشته باشید هنگامی که حجم کاری خواندن تصادفی سنگین مورد نیاز است (مانند محیطهای VDI)، می بایست مدلهایی از دستگاه های ذخیره ساز انتخاب شوند که امکان نصب NVMe SSD را به عنوان حافظه پنهان ثانویه فراهم کنند. زیرا برای ایجاد لایه دوم cache یا L2ARC بهترین گزینه استفاده از NVMe SSD می باشد.
شتاب دهی نوشتن (SLOG): برای نوشتنهای همگامسازیشده (مانند تراکنشهای پایگاه داده)، SSDهای با تأخیر کم ضروری هستند. SSDهای NVMe با کیفیت بالا یا enterprise (با DWPD و PLP بالا) در حال حاضر انتخاب اصلی هستند و پس از آن SSDهای NVMe با TBW بالا ب قرار دارند. دقت داشته باشید SSD های رده کلاینت می تواند علاوه بر کند کردن سیستم ذخیره سازی به اطلاعات و داده ها نیز آسیب وارد کند.
وضعیت فعلی بازار: برندهای تولیدکننده ذخیره ساز و NAS در مقابل راهکارهای یکپارچه سختافزار-نرمافزار
در حال حاضر، دستگاههای اصلی موجود در بازار که از ZFS پشتیبانی میکنند، عموماً به دو نوع طبقهبندی میشوند:
۱. پیادهسازی روی دستگاههای NAS برندهای معتبر، استفاده از QNAP به عنوان مثال
در سالهای اخیر، کیونپ به طور فعال سیستم عامل QuTS خود را ارتقا داده و ذخیره سازهای مبتنی بر سیستم عامل ZFS بیشتری را به سبد محصولات خود اضافه کرده است.
مزیت این نوع راهکار این است که کیونپ توانسته رابط کاربری آسان NAS های خود و امکانات محبوب آن مانند App Center را به همراه سرویسهای پایدار کانتینر، پلتفرم مجازیسازی، مرکز پشتیبانگیری فایل و طیف گستردهای از ویژگیها را در حالی که از پایداری فایل سیستم ZFS و فناوریهای عالی اسنپشات و فشردهسازی آن نیز بهره میبرد حفظ کند.
این سیستم عمدتاً برای شرکتهای کوچک و متوسط یا استودیوهای فیلم و تلویزیون که فاقد مهندسان لینوکس متخصص هستند اما به حفاظت از دادههای در سطح سازمانی نیاز دارند، مناسب است.
۲. یک بازیگر کلیدی در ZFS: TrueNAS (iXsystems)
سیستم عامل TrueNAS قبلا با نام FreeNAS شناخته می شد و در بکارگیری فایل سیستم ZFS شهرت بسیاری دارد.
مزیت آن در شفافیت مطلق متنباز آن نهفته است. کاربران میتوانند یا سرورهای خود را برای نصب سیستم TrueNAS جهت ارائه خدمات ذخیرهسازی بسازند، یا سختافزار رسمی مانند TrueNAS Mini را خریداری کنند.
این راهکار برای تیمهای فناوری اطلاعات با قابلیتهای عملیاتی و قوی و تخصص و اطلاعات بسیار بالا در حوزه فناوری اطلاعات یا تیمهایی که به معماریهای ذخیرهسازی بسیار سفارشی نیاز دارند، مناسب است.
در دنیای ZFS، ادغام سختافزار و نرمافزار با یکدیگر کلید اصلی است. در ادامه سه مورد از مهمترین رویکردهای پیادهسازی ZFS که در حال حاضر در بازار موجود هستند، معرفی میشوند: QNAP NAS، ZFS Hardware(TrueNAS Official) و Enterprise Self-built/Server Solutions.
موارد مقایسه |
سری QNAP QuTS hero (مدلها: TS-h973AX / TS-h886 / TS-855X) |
سختافزار رسمی TrueNAS (مدلها: TrueNAS Mini X+ / R) |
سرورهای سازمانی خودساخته / عمومی (Dell، HPE، سرورهای سفارشی + TrueNAS Scale) |
جایگاه محصول در بازار |
راه حل کلی یا Turnkeyمناسب برای کسب و کارهایی در هر اندازه، استودیوهای رسانهای، تیمهای توسعه هوش مصنوعی و HomeLab. |
ZFS خالصمناسب برای تیمهای فناوری اطلاعات و ارائهدهندگان خدمات مدیریتشده (MSP) با تعهد قوی به متنباز و تیمهای فنی بزرگتر. |
سفارشیسازیمناسب برای شرکتهایی با تیمهای عملیاتی اختصاصی و نیازهای سختافزاری تخصصی. |
سیستم عامل |
QuTS Hero / QES(راهکارهای سفارشی مبتنی بر ZFS) |
هسته / مقیاس TrueNASمزایا: پتانسیل OpenZFS را به طور کامل آزاد میکند؛ از Kubernetes (مقیاس) پشتیبانی میکند. |
مقیاس TrueNAS / Proxmox VEمزایا: کنترل کامل بر انتخاب سختافزار. |
پشتیبانی از حافظه ECC |
پشتیبانی شده در مدلهای میانرده تا ردهبالافقط مدلهای میانرده تا بالارده (مثلاً سری h) از ECC پشتیبانی میکنند. |
استفاده اصلی از رم ECC یکی از دلایلی است که محصولات iXsystems قیمت بالایی دارند. |
بستگی به مادربرد و سی پی یو دارهمعمولاً برای پلتفرمهای سطح سرور (مثلاً Xeon / EPYC) مورد نیاز است. |
قابلیت توسعه ZIL / L2ARC |
عالی (معماری ذخیرهسازی ترکیبی)اکثر مدلها به صورت پیشفرض شامل اسلاتهای NVMe M.2 و SATA هستند و سیستم میتواند به طور خودکار پیکربندیهای کش مناسب را پیشنهاد دهد. |
خوب (پیکربندی استاندارد)از SSD های استاندارد SATA یا NVMe برای حافظه پنهان پشتیبانی میکند؛ تعداد اسلاتها توسط طراحی شاسی محدود شده است. |
نامحدودSSD های PCIe در سطح مصرف کننده یا سازمانی می توانند به عنوان SLOG مستقر شوند و عملکرد را متناسب با نیازهای خاص تنظیم کنند. |
فناوری فشردهسازی دادهها |
استحکام (فشردهسازی درونخطی)علاوه بر الگوریتمهای استاندارد مانند LZ4 و ZSTD، کیونپ الگوریتم فشردهسازی بلادرنگ خود را بیشتر بهینه میکند و آن را برای انتقال حجم زیادی از فایلهای بدون ساختار مناسب میسازد. |
استاندارد (LZ4 / ZSTD)الگوریتمهای استاندارد چندگانه موجود است که امکان پیکربندی مستقل هر مجموعه داده را فراهم میکند. |
استانداردهمانند TrueNAS، اما عملکرد آن به قدرت پردازش CPU انتخابی بستگی دارد. |
دشواری تعمیر و نگهداری |
کمرابط کاربری آسان؛ مشکلات سختافزاری مستقیماً با سازنده اصلی برطرف میشوند؛ بهروزرسانیهای میانافزار سیستم عامل و نرمافزار App Center را میتوان تنها با یک کلیک انجام داد. |
متوسطسختافزار توسط سازنده اصلی پشتیبانی میشود؛ پیکربندی نرمافزار نیاز به دانش کامل در مورد ZFS دارد. |
بالاخرابیهای سختافزاری نیاز به اشکالزدایی داخلی دارند؛ عملیات نرمافزاری کاملاً به قابلیتهای تیم متکی است. |
موارد استفاده توصیه شده |
سرورهای فایل سازمانی، پایگاههای داده آموزش مدل هوش مصنوعی، همکاری در ویرایش ویدیو، پشتیبانگیری از فضای ذخیرهسازی ماشین مجازی، بایگانی تصاویر پزشکی، پشتیبانگیری از پایگاه داده اصلی و گرههای معماری ابر ترکیبی. | بایگانی تصویربرداری پزشکی، پشتیبانگیری از پایگاه داده اصلی، ذخیرهسازی ماشینهای مجازی در بکاند. | پایگاههای داده آموزش مدل هوش مصنوعی، ذخیرهسازی سرد در مقیاس بزرگ، گرههای معماری ابر ترکیبی. |
اما همچنان یک تفاوت اساسی در مورد «یکپارچگی دادهها از ابتدا تا انتها» وجود دارد. برای کاربرانی که یکپارچگی مطلق دادهها را در اولویت قرار میدهند (مانند محاسبات علمی یا دادههای مالی)، ستون «پشتیبانی از حافظه ECC» در جدول بالا یک عامل حیاتی است. پشتیبانی از ECC اکیداً توصیه میشود؛ هم سیستمهای QNAP NAS و هم TrueNAS میتوانند از حافظه ECC استفاده کنند.
در میان تمام این ها موقعیت استراتژیک QuTS hero رویکردی حرفه ای از کیونپ را می دهد، زیرا به طور مؤثر به بزرگترین نقطه ضعف ZFS میپردازد: استفاده از ZFS دشوار و پیچیده است. برای شرکتهای طراحی که بودجه کافی برای استخدام کارکنان تمام وقت فناوری اطلاعات ندارند، QuTS hero سریعترین راه موجود برای بهرهمندی از ZFS (پایداری، محافظت در برابر باجافزار و فشردهسازی درونخطی) می باشد، در حالی که از گارانتی و خدمات QNAP نیز بهرهمند میشوند.
دلیل اینکه سختافزار رسمی TrueNAS به طور خاص در این فهرست قرار گرفته است، این است که ZFS در مورد سختافزار بسیار سختگیر است، به خصوص در مورد انتخاب کارت HBA. خرید سختافزار رسمی معادل خرید سازگاری تضمینشده و پوشش گارانتی است و به جلوگیری از اتفاقات مرتبط با درایور ها و مشکلات پیچیده مختلفی که معمولاً در سیستمهای NAS خودساخته با آن مواجه میشوند، کمک میکند.
راهنمایی برای پرهیز از مشکلات: بررسی نهایی پیش از خرید
قبل از خرید سیستمهای ذخیرهسازی که از ZFS پشتیبانی میکنند، توصیه میشود دو نکته زیر را تأیید کنید:
تا حد امکان از استفاده از درایوهای SMR (هارد دیسک های مکانیکی) خودداری کنید، زیرا فرآیند Resilvering یا بازسازی اطلاعات از Mirror ها ZFS فشار قابل توجهی بر روی هارد دیسکها وارد میکند. درایوهای مغناطیسی (SMR) میتوانند به راحتی منجر به خرابیهای بازسازی و حتی خرابی آرایه در محیطهای ZFS شوند. پس سعی کنید الویت را بر انتخاب درایوهای ضبط مغناطیسی متعارف (CMR) قرار دهید. دلیل این امر این است که درایوهای SMR عملکرد نوشتن تصادفی نسبتاً ضعیفی را نشان میدهند و آنها را برای عملیات نوشتن مکرر نامناسب میکنند. تولیدکنندگان HDD، از جمله Western Digital و Seagate Technology، در حال پیشرفت فناوریهای نسل بعدی مانند ضبط مغناطیسی با کمک مایکروویو (MAMR) و ضبط مغناطیسی با کمک گرما (HAMR) برای غلبه بر تنگناهای ظرفیت هستند و مدلهای جدید درایو نیز این فناوریها را به کار خواهند گرفت.
اصل پشتیبانگیری ۳-۲-۱ را در نظر داشته باشید. اگرچه ZFS قدرتمند است، اما یک ساختار پشتیبانگیری نیست. RAID برای دسترسی بالا طراحی شده است، در حالی که تکثیر ZFS برای پشتیبانگیری در نظر گرفته شده است. هنگام انتخاب سیستم، لطفاً سازگاری مکانیسم پشتیبانگیری از راه دور را بررسی کنید.
انتخاب ZFS به معنای اولویت دادن به یکپارچگی دادهها است. در عصر هوش مصنوعی و کلانداده، خود دادهها یک دارایی محسوب میشوند. یک سیستم ذخیرهسازی ZFS عالی میتواند به عنوان یک مخزن امن برای داراییهای دیجیتال حیاتی ما در نظر گرفته شود.
برای متخصصان فناوری اطلاعات که برای بالاترین استانداردها تلاش میکنند، منحنی یادگیری ZFS یک مانع ارزشمند برای غلبه بر آن است و به سیستمهای ذخیرهسازی در محیط فناوری اطلاعات اجازه میدهد تا عملکرد بهتری داشته باشند. در مورد صاحبان مشاغل، سرمایهگذاری روی سختافزاری که از ZFS پشتیبانی میکند، یکی از مقرونبهصرفهترین راهها برای دفاع در برابر خطرات ناشناخته امنیت سایبری است.

