Serwery plików NAS

QTS - Ty tu rządzisz

Tym razem nie rozpoczniemy omawiania procedury instalacji system QTS na serwerze QNAP. Całość jest doskonale opisana na stronie producenta, zaś sam proces instalacji niezwykle intuicyjny. Podobnie jak większość modeli z portem HDMI, tak i TS-453B można zainstalować QTS zarówno z poziomu strony WWW, chmury jak i podłączając NAS-a do monitora i instalując jak klasyczny system operacyjny.

W chwili pisania tekstu oficjalną wersją pakietu systemu operacyjnego jest wersja QTS 4.3.3.0378 Build 20171117. My jednak postanowiliśmy przetestować wersję najnowszego buildu beta2: QTS 4.3.4.0387 (Beta2) build 20171116. Okazuje się, że jest on na tyle stabilny, że możemy pracować bez większych problemów. Na temat nowości i zmian o wersji QTS 4.3.4 możemy poczytać na stronie producenta.

Ponieważ system QTS jest doskonale znany i był wielokrotnie omawiany przez nas przy okazji recenzji NAS-ów QNAP, postanowiliśmy skupić się na niektórych elementach TS-453B, które nie są dostępne u konkurencji lub też są doskonałym przykładem właściwego kierunku rozwoju systemów NAS.

Zacznijmy od powierzchni dyskowej. QNAP TS-453B natywnie wspiera do 4 dysków twardych SATA. Zatem surowa przestrzeń dyskowa to nawet 40 TB. Oczywiście w przypadku systemów produkcyjnych zaleca się stosowanie macierzy z redundantnym zapisem. Dlatego tez warto stosować różne poziomy RAID w zależności od potrzeb. W TS-453B możemy liczyć na następujące konfiguracje dyskowe:

  • Dyski pojedyncze
  • JBOD
  • RAID 0
  • RAID 1
  • RAID 5
  • RAID 6
  • RAID 10
  • RAID 50
  • RAID 60

RAID 50 i RAID 60 to nowość w systemie QTS. By zarządzać przestrzenią dyskową powinniśmy udać się do sekcji Pamięć Masowa i Migawki (i tu kolejna zmiana w stosunku do wcześniejszych wersji QTS – zamiast Menadżera Pamięci mamy „Storage & Snapshots"). Zoptymalizowany system zarządzania przestrzenią dyskową, wolumenami i pulami. A jeśli jesteśmy już przy zarządzaniu to warto rzucić okiem na poniższą grafikę i przeanalizować system gospodarowania 3-poziomową przestrzenią dyskową QTS.

Patrząc od dołu mamy:

  • Dyski – SSD, SATA, SAS – czyli fizyczne nośniki, które stanową trzon struktury dyskowej
  • Pule pamięci – grupy RAID – agregacja fizycznych nośników w przestrzeń pamięci masowej o określonym poziomie ochrony
  • Wolumeny – logiczne przestrzenie dyskowe udostępniające pamięć masową – to zarówno wolumeny na dane jak i jednostki LUN. Tu oczywiście mówimy zarówno o wolumenach statycznych, cienkich i grubych jak i jednostkach LUN opartych o bloki i pliki. Do całości dochodzą jeszcze migawki, które stanowią zabezpieczenie wolumenów i danych w razie awarii systemu.

W jaki sposób kreować przestrzenie dyskowe w TS-453B? To pole do popisu dla każdego użytkownika czy administratora. Wszystko zależy od tego jaką przestrzeń dyskową chcemy posiadać, jaki poziom ochrony zastosujemy, a przede wszystkich do czego będziemy wykorzystywać serwer NAS. Dlatego też postaramy się wymienić kilka kluczowych funkcji zarządzania przestrzenią danych w TS-453B.

W panelu "Pamięć masowa i migawki" mamy pełen zestaw narzędzi pozwalający na przegląd funkcjonalności przestrzeni dyskowych w QNAP-ie oraz możliwości zarządzania wszystkimi elementami. W sekcji Pamięć znajdziemy podsumowanie struktury danych, a w sekcji Kopia migawkowa przegląd migawek systemowych

Ważnym elementem jest także aplet Dyski/VJBOD. To panel, który prezentuje szczegółowe informacje na temat podłączonych nośników, pozwala na przetestowanie wydajności dysków, oraz tworzenie wirtualnej grupy VJBOD. O tym ostatnim elemencie powiemy za chwilę.

Pamięć Masowa/migawki – element, w którym możemy tworzyć:

  • Pule pamięci – pule o odpowiednim poziome RAID mogą także wykorzystywać dyski Hot spare – czyli nośniki, które w przypadku awarii jednego z dysków są automatycznie podłączane do puli dyskowej.
  • Wolumeny – jednostki logiczne stanowiące przestrzeń dyskową mogą mieć 3 typy: - statyczny – rezerwacja przestrzeni dyskowej bez możliwości zmiany wielkości wolumenu, wolumen typu thick – wstępnie alokowana przestrzeń dyskowa na dane, wolumen typu thin – przestrzeń dyskowa alokowana stopniowo w zależności od ilości danych. Warto pamiętać, że o ile wolumeny statyczne są nieco wydajniejsze, o tyle nie obsługują ważnych funkcji jak migawki czy jednostek LUN opartych na blokach. To jaki wolumen wybierzemy zależy od nas.
  • Jednostki LUN iSCSI
  • Wirtualne grupy JBOD

A jak podnieść wydajność dyskową TS-453B? Tu z pomocą przychodzą dyski SSD lub wykorzystywana przez nas w teście karta QM2-2P10G1T. W pierwszym przypadku chodzi o klasyczne nośniki SATA, które zamontujemy w zatokach dyskowych. Dużo lepszym rozwiązaniem jest wykorzystanie wolnego slotu PCIe i montaż wspomnianej karty. Co dzięki niej zyskujemy:

  • Zwiększenie wydajności sieciowej i dyskowej (karta prócz slotów M.2 zawiera kontroler ethernet)
  • Dodatkowa opcja łączności 10 GbE
  • Możliwość zamontowania dwóch nośników M.2 i konfiguracja dodatkowej puli dyskowej, QTIER lub przeznaczenie nośników na SSD Cache
  • Optymalne wykorzystanie kieszeni dyskowych SATA – nie marnujemy slotów SATA na nośniki SSD
  • Wykorzystanie SSD Cache lub Qtier

Wróćmy do podniesienia wydajności dyskowej NAS-a. Idealnym rozwiązaniem w przypadku serwerów NAS byłby możliwość utworzenia puli dyskowych z wykorzystaniem tylko i wyłącznie nośników SSD. Z punktu finansowego jest to „koszmar dla kieszeni”. Dlatego też sensowniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie części nośników SDD, a części klasycznych i aktywowanie mechanizmu "Przyspieszenia pamięci podręcznej".

Tworzenie SSD Cache nie jest procesem skomplikowanym. Pierwszy krok to wskazanie dysku lub dysków SDD, które będą używane jako pamięć podręczna. Drugi to utworzenie odpowiedniego typu RAID lub wykorzystanie pojedynczego dysku. Kolejny krok to określenie sposobu zachowania pamięci podręcznej:

  • Przyspieszenie losowych operacji I/O – scenariusz, w którym SSD Cache będzie wykorzystywane dla niewielkich bloków danych
  • Przyspieszenie sekwencyjnych operacji I/O – przyspieszenie pamięci będzie wykorzystywane dla dużych pakietów danych – np. strumieniowanie czy kopiowanie dużych plików.

Ostatni krok to wskazanie wolumenu lub jednostki LUN, które zostaną objęte mechanizmem SSD Cache. W jaki sposób działa mechanizm możemy się przekonać na poniższej grafice. Pokażemy w trakcie testów jak SSD Cache wpływa na wydajność I/O w trakcie testów praktycznych.

Kolejnym elementem zwiększającym wydajność relatywnie niewielkim kosztem jest technologia QTIER. Mechanizm to system zarządzania przestrzenią dyskową, automatycznie przenosi najaktywniejsze dane na wydajne dyski, podczas gdy mniej aktywne dane są migrowane na wolne dyski o dużej pojemności. QTIER sprawdza, które dane są najczęściej wykorzystywane i kategoryzuje je pod kątem lokacji na odpowiednich nośnikach. Dane są pozycjonowane w oparciu o harmonogram, który może być uruchomiony np. w nocy. Dodatkowo z obsługi mechanizmu QTIER można wyłączyć określone foldery współdzielone.

Jedną z różnic SSD Cache w stosunku do QTIER jest m.in. mechanizm wykorzystania nośników SSD. W QTIER są one dodawane bezpośrednio do puli dyskowej, a nie są osobnym elementem przechowywania danych.

Oprócz bezpieczeństwa logicznego związanego z poziomami RAID, QNAP oferuje znakomity mechanizm zabezpieczeń zwany migawkami, chroniąc dane na poziomie sektorów. Migawka jest zamrożonym zapisem stanu wolumenu lub jednostki LUN, opartej na sektorach w określonym momencie czasu. Dzięki migawkom możemy w błyskawiczny sposób przywrócić dane, które zostały uszkodzone lub skasowane.

Mechanizm migawek został wyposażony m.in. w zabezpieczenia powierzchni dyskowej wolumenu, a także opcje harmonogramów wykonywania migawek. NAS może przechowywać do 256 migawek wolumenu lub jednostki LUN.

Migawki zarówno dla jednostek LUN jak i wolumenów można przywracać z dowolnego okresu czasu. Oczywiście czas przechowywania migawek jest ustalany przez użytkownika w trakcie tworzenia migawki. Warto pamiętać o jeszcze jednej rzeczy przy okazji tworzenia migawek. Po wykonaniu migawek wydajność odczytu i zapisu danych na wolumenie (i jednostce LUN) może spaść o wartość od 5-30%. O ile faktycznie spada sprawdzimy w trakcie testów.

Ponieważ migawki przechowywane są w tej samej przestrzeni dyskowej QNAP wprowadził ciekawą funkcjonalność jaką jest "Replika migawek". To nic innego jak kopia zapasowa migawki przechowywana na zdalnym serwerze QNAP. QNAP oferuje trzy typy planów kopii zapasowych:

  • Tworzenie kopii zapasowej migawek po wykonaniu określonej liczby migawek lokalnych.
  • Tworzenie kopii zapasowej migawek zgodnie z harmonogramem.
  • Wykonanie nowej migawki zgodnie z harmonogramem, a następnie utworzenie jej kopii zapasowej.

Zadania replikacji migawek mogą być tworzone zarówno do system lokalny jak i na zdalny serwer QNAP. Kreator replikacji pozwoli na określenie docelowego miejsca replikacji.

Jeśli odległy serwer jest miejscem docelowym migawek to w sekcji "Magazyn migawek" znajdziemy informację o zajętości przestrzeni oraz podłączonych hostach źródłowych.