2017年9月20日 星期三

[雜誌專文]FreeNAS 企業應用經驗



企業營運的核心，資訊系統已經成為最重要的基礎建設，在這當中，又以「儲存伺服器」為重中之重。所有企業所需的各類資料、數據與流程等等，全都以數位方式儲存在資訊系統中，在小規模企業時，各自存放於個人電腦硬碟中還算可以，但當企業擴大營運時，集中儲存是必然之路。隨著 NAS 逐漸普及與平民化，有不少企業會選擇現有 NAS 系統做為儲存方案。不論如何評估，所有管理者都會遇到這些問題。


註：此文初刊 2017/09/20 於 Linuxpilot 國際中文版。




市場需求

現在企業極度倚賴資訊化系統，隨著各式各樣服務導入，例如 EIP、ERP、FILE、EMAIL、KM 等，越多服務與系統，就表示產生的數位資料往上爆增。也許今天買的儲存伺服器，不到一年就已經不敷使用，成長之快超乎想像。

先不考慮存取與傳輸效能，想想自己最近一次的磁碟陣列重建花了多久時間？我們都知道RAID5 容許故障一顆，RAID6 容許故障兩顆，今天假設一個情況：若已經故障兩顆正在重建且需時 7 天，卻在第 6 天時又故障了一顆，會有什麼可怕的後果呢？即便買了高階的設備、做了良好的磁碟陣列配置，仍難保這台設備永遠不會故障，想要徹底的保全資料，備份是最好方式。然而要如何有效率又快速的備份到第二端點，甚至再備份到第三端點，達成 D2D2D 甚至 D2D2C，都是一項考驗。

為了解決這些問題，需要選用更高階的企業級儲存設備，才能予以滿足。然而有件我們都知道的問題一直存在著，看過上一篇的讀者，肯定心有戚戚焉。「錢能解決的問題都不是問題，問題是沒有錢」，這是許多中小企業的寫照。如此之外，現有的商業方案或多或少都有一些限制。例如，在儲存與連接方式，可能會有一些專屬格式或協定，這將會限縮我們能夠搭配的周邊系統。

另外當系統故障時，無法輕易的從其它方式進行資料抓取，需要依賴原廠的備用機或是料件，才能從中取拿回資料，若遇到缺料或服務商休假，停機時間將會拉的更長，對於企業營運來說傷害至深。在企業中使用儲存伺服器，提供足夠的存取效能與管理界面，可以讓 IT 管理者掌握性大大提高，畢竟做為資料中心，若沒有良好的存取與管理，是影響所有資訊系統的。在筆者過去的導入經驗裡，將評估時一定要考量的需求整理為八大重點。

  • 空間規劃彈性
    有多種方式建立與調整使用空間，並且提供配額與權限，即可依據使用目的與系統做分派。
     
  • 處理巨量資料
    資料的成長速度只會越來越快、越來越多，因此選用的設備檔案系統需要能夠支援足夠大量的空間，以應付未來使用。
     
  • 多種連接方式
    支援的儲存連接協定越多，可以越容易整合多種不同儲存設備為己用，不論是運作、備份、移轉等都能發揮最大效益。
     
  • 不限數量快照
    快照是一個非常重要且快速的資料保全機制，利用快照可以讓我們可以保存在較短的時間頻率裡的資料現況，當發生資料錯誤時，可以快速回復到良好的狀態。
      
  • 節省儲存容量
    正如前述不斷提到的，資料量日益增多，系統若提供資料壓縮甚至是資料重覆刪除，可以省下許多空間，在同樣有限的硬碟容量，可以塞進更多的資料。
     
  • 加速讀寫效能
    以目前驅趨勢來看，機械硬碟仍然是容量上最具有優勢的選擇，若在成本考量限制下，無法全面使用固態硬碟時，若由系統支持固態硬碟快取加速功能，對於效能提升是立即而有效。
     
  • 異機複製備份
    只有本機做好資料保存是不夠的，提供資料複寫到另外的主機，才是好的備份方式，更理想的是要能夠做到備份速度快與資料流量省。
     
  • 資料安全加密
    雖然儲存伺服器都會放在機房裡接受管理，但是資料若能再做加密，無異是多了一層保障，就算硬碟被有心人士竊走，依然無法取中當中的企業營運機密。






方案特色

FreeNAS 是一款基於 FreeBSD 為核心的開源儲存伺服器系統，最重要是提供了當代最強的檔案系統之一的 ZFS 檔案系統，在目前亦可稱之為「軟體定義儲存」(Software-Defined Storage，SDS)，以軟體技術提供儲存伺服器功能，可以解決在硬體系統限制與專屬規格綁定的問題。






發揮 ZFS 強大功能

在 FreeNAS 裡，以純網頁管理界面，將原本需要複雜操作指令的 ZFS 管理工作簡化，IT 管理人員只消在圖型界面上簡單動動手點選滑鼠，就可以發揮 ZFS 檔案系統強大功能，更令人驚喜的是，FreeNAS 內建過多國語系，對於中文使用者來說更感親切，降低學習門檻。



純網頁管理界面將 ZFS 管理工作簡化






快照功能

前面提到，ZFS 是 FreeNAS 最亮眼的功能，那麼在 ZFS 其中最為人稱道的就是 ZFS 所提供的快照 (Snapshot) 功能。ZFS 的快照，製作一次快照的速度極快，若是在界面手動操作，幾乎是按下製作快照按鈕的同時，這個時間點的快照就已經完成，其速度由此可見。



ZFS 的快照功能





使用上相當簡單

同時，以快照為基礎，檔案系統會自動在目錄裡生成唯讀隱藏資料夾，裡面以每次快照的時間點為目錄名稱，若需要存取該時間點的資料，只需要切換至目錄內即可讀取或複製出來，使用上相當簡單，與傳統需要掛載快照點才能抓取內容的作法大相逕庭，除了簡單，更是快速。

更甚者，還提供了快照複製的進階功能，可以將該時間點的快照分支為一個新的資料集 (Dataset)，做讀取與寫入之用，在災難復原場合是關鍵應用。

例如目前仍在肆虐中的加密綁架惡意程式，如果企業不小心檔案被大量劫持，IT 人員可先將完好的時間點快照複製出來，讓企業營運得以繼續，至於被加密的內容，則可留待從容的嘗試解密或還原，這對降低服務停機時間，起到非常大的立即效果。







快照複寫

基於快照延伸的快照複寫 (Snapshot Replication) 機能，則把快照省容量的優勢盡情發揮，在主機與備機設定完成以後，每次複寫都以快照為單位進行抄送，也因為快照是已經預先製作完成，在複寫時不需再做任何的資料比對或差異計算，直接進行傳送，在效率上是驚人且快速的，若對於跨網路的複寫有安全性疑慮，FreeNAS 預設在複寫進行時還將進行 SSH 加密通訊，可以確保資料不會在傳輸中被截聽竊取。







多種資料夾分享與網路掛載方式

做為一個 NAS 系統的連接功能上，FreeNAS 提供許多資料夾分享與網路掛載方式，諸如最常見的 SMB、NFS、AFP，分別提供三大作業系統 Windows、Linux/UNIX、Mac OS 的原生網路連接機制，在傳輸協定上，亦支援 iSCSI、FTP、SFTP、TFTP、WebDAV、Rsync 等，已經涵蓋絕大部份情境使用，如此一來，可以避免買了儲存設備，卻因為沒有支援某些功能，導致設備可能無法連接的窘境。







效能直追硬體式磁碟陣列

採用軟體定義儲存，首先要改變的是「軟體磁碟陣列效能一定比硬體磁碟陣列效能低」的刻版印象，在現今 CPU 運算能力大幅進化的時代，搭配性能與功能優異的 ZFS 檔案系統，若再經過調校完善的情況之下，效能完全不輸硬體式磁碟陣列，因此，對於 ZFS 的認識成為企業 IT 人員首重之務。除了改變思維，接著是強化對於自我管理儲存設備的架構與操作能力，若短時間內無法提升，則可找專業廠商協助導入，由做中而學，最終將管理技術掌握於企業之內。

除了筆者任職的耀達電腦提供 FreeNAS 建置服務以外，威傑科技亦提供專業的建置與軟硬體整合產品（基於 FreeNAS 二次開發的 TrzeNAS），而在 FreeNAS 開發商 iXsystems 網站上，也提供軟硬體整合的  TrueNAS 系列產品，在商業產品與服務上並不構成問題。唯一需要注意的是，FreeNAS 原生並沒有提供高可用性的叢集功能，若有此需求可以考慮付費方案產品，或是將快照製作與快照複寫的頻率縮短，降低資料缺失的時間差。







方案成效

引進 FreeNAS 後，企業在營運效率上有何改善？在筆者的企業內部，FreeNAS 已經使用超過五年，若有閱讀前一篇文章的朋友，會發現我將 Proxmox VE 虛擬化伺服器與 FreeNAS 儲存系統做非常緊密的結合，也就是說我的企業所有核心數據都倚賴 FreeNAS 做為承載平台，足可見 FreeNAS 放在企業數據中心，完全可以勝任無虞。







安裝容易

FreeNAS 安裝容易，我將過往購買的舊儲存設備，插上 SATADOM 或 SSD 後作為系統碟，重新將之安裝為 FreeNAS 儲存伺服器，立刻讓這台設備的功能大大提升，變成具有原本價格三倍甚至四倍的應用能力，這個驚喜讓我把所有 x86 架構的儲存設備一一改裝，效益立顯，做為檔案伺服器、做為備份伺服器都游刃有餘，毫無問題。

內建的快照複製功能，讓原本頭痛的多台儲存伺服器複寫備份問題迎刃而解，不用為了同步機制而需花大筆費用另購軟體以達到功能，如此，若想要多備份到多個目的地，只要追加主機設備並安裝 FreeNAS，就能輕鬆完成。







節省空間

企業另一個常見問題，是想要擴充儲存容量，卻礙於硬碟的價位考量，或是所用的設備硬碟 Tray 數不夠，而總是為了不夠用的儲存容量而擔心，這在 FreeNAS 上有兩個方案，都很好的幫我省下許多空間。

FreeNAS 提供的資料壓縮功能，就讓我曾在某次發現有一台 VM 的映像檔，從 400GB 的佔用量一路降至 230GB，這的壓縮比不可謂不低！而且除了降低容量的佔用，在快照複製時，也因為預先做好壓縮，傳輸時所用的流量也更加縮小。另外一項功能是資料重覆刪除，但因為極耗效能，筆者並不建議開啟，資料壓縮已經足夠。



VM 映像檔從 400GB 的佔用量降至 230GB。








省下 Windows Server 授權費

利用 FreeNAS 做為 SMB 共用伺服器，除了提供 Windows 使用端存取，省下 Window Server 授權費，更令人驚喜的好處是結合 ZFS 快照後，所提供「以前的版本」體驗與使用 Windows Server 所建立的並沒有任何差異。

而且因為 ZFS 的效能優異，在操作「以前的版本」時更快，伺服器端也效率快，容量小，這對於 IT 管理者來說，讓使用者自己用簡單的界面操作，可以省下許多幫使用者撈取誤刪除或誤覆蓋資料的時間。並且筆者還利用了 FreeNAS 可以整合 AD 目錄服務的功能，將分享資料夾的存取整合 AD 驗證機制，存取各資料夾與檔案也能完全整合 AD 的 ACL 安全性機制，在企業應用上，完全能夠符合使用所需。



結合 ZFS 快照提供「以前的版本」體驗







結論

最後，我推薦使用 FreeNAS 最重要的好處，在於純軟體式的磁碟陣列，可以讓我們從被特定硬體或格式綁住的情況脫困，真正的將企業資料完全掌握在自己手上，運用自如。








參考資料






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