[XF 專題] 搭載 ZFS 檔案系統,QNAP 全新作業系統 QuTS hero 全面睇

- 18座大王 - 2020-11-16

最近著名的台灣 NAS 廠商 QNAP 推出了一堆新款的高階型號,當中包括 TS-h977XU、TS-h1277XU、TS-h1283XU、TS-h686 及 TS-h886 等,但這些型號並不是採用常見的 QTS 作業系統,而是採用新推出的 QuTS hero 作業系統,能支援更多企業級的儲存功能,到底 QNAP QuTS hero 有何特色?大王在此就為大家深入探討新作業系統 QuTS hero 能為用家帶來什麼新體驗!

QNAP NAS 作業系統一覽

到目前為止,QNAP NAS 其實除了 QTS、新推出的 QuTS hero 外,還有一個 QNAP 企業級產品專用的作業系統 QES,這三款作業系統分別用作不同的產品線上。大部分 QNAP NAS 都是採用推出已久的 QTS 作業系統,因發展歷史較長的關係,QTS 作業系統有著極多元化的功能,也提供 APP Center 套件中心供用家安裝各式各樣的加值套件。而 QES 作業系統是在 2016 年 QNAP 為旗下雙控制器 (Dual Controller) NAS 而研發的作業系統,跟 QTS 作業系統不一樣,QES 能支援雙主動高可用性 (Active-Active High Availability) ,也改用了更先進的檔案系統 ZFS,但因 QES 主要是針對大型企業儲存需求的關係,並沒有設有 App Center 套件中心來讓用家安裝加值套件,只專注於提供可靠的儲存功能,為其他伺服器提供高效能、高可靠度的儲存空間。

QNAP 企業級 Active-Active 雙控制器型號採用 QES 作業系統

而到了 2020 年所推出的 QuTS hero,可說是 QTS 跟 QES 的混合版本,QuTS hero 是基於 QTS 改造而成,最大的特點是由 EXT4 檔案系統升級成更先進的 ZFS 檔案系統,同時保留了 QTS 的 App Center,基本上在 QTS 可以安裝的加值套件,都可以安裝在 QuTS hero 身上。但是,QuTS hero 並沒有跟 QES 一樣支援雙主動高可用性 (Active-Active High Availability) ,因此 QuTS hero 並不能安裝在雙主動式控制器的企業級 NAS 上(即 ES1686dc、ES2486dc 等)。然而,功能強大是有代價的,因為 ZFS 檔案系統需要的系統資源較多及避免出現相容性問題的關係,QuTS hero 是以預載到專用機種的方式提供給用戶(型號上會以「h」作為標記;用家可以選擇轉換回 QTS 作業系統),其他型號是無法升級到 QuTS hero,雖然現在只有數個型號供用家選擇,但消息指出未來 QNAP 的高階型號都會改以 QuTS hero 作為預設的作業系統,讓用家有更多的選擇。

QNAP 於 2020 年推出的 QuTS hero 專用機種,型號上都以「h」作為標示

儲存底層架構大轉變

假如大家熟悉 Linux 指令的話,其實以 SSH 連線到 QNAP NAS 後就可以知道他的儲存底層架構是如何構成。眾所周知大部分 NAS 廠商都是採用 Software RAID ,而 QTS 作業系統都一樣,撇除組成儲存系統最根基的硬碟及 SSD 後,最底層的就是利用 Linux mdadm (Multiple Devices Admin) 所建立的 Software RAID,當然,故事並不會簡單到是直接把 Software RAID 裝置直接格式化成 EXT4 檔案系統,在 mdadm Software RAID 跟 EXT4 檔案系統之間還有 LVM (Logical Volume Manager) 來提供進階的儲存功能,配合 QNAP 在基於這個架構(以上說的是已簡化的儲存架構)上自行開發的功能,才讓 QTS 作業系統可以在EXT4 檔案系統上支援快照(Snapshot)、Qtier 自動分層儲存、SSD 快取(SSD Cache)、SSD 外掛預留空間(SSD Extra Over-provisioning)等等的先進儲存功能。

而 QuTS hero 改用 ZFS 檔案系統後,儲存架構有著很大的改變。ZFS 檔案系統並不是一般的檔案系統,他原生已經支援 RAID 及 LVM 所提供的功能。簡單來說,ZFS 檔案系統等於把 Linux mdadm (Multiple Devices Admin) Software RAID、LVM (Logical Volume Manager) 及檔案系統部分整合於一身,簡化了整個儲存架構,同時提供更強大及更多的進階儲存功能(這部分會在下一頁繼續採討)。

QTS vs QuTS hero 儲存底層架構圖

因上述提到的架構轉變,在 QuTS hero 的網頁設定介面也因此所出調整。以往我們在 QTS 作業系統需要先建立儲存池(Storage Pool),然後再建立 EXT4 磁碟區(Volume),最後才建立共用資料夾(Shared Folder),才能供 Samba 等傳輸協定存取資料;LUN部分則可選擇直接在儲存池上建立區塊級 LUN (Block Based LUN) 或在磁碟區上建立檔案類型LUN (File Based LUN)。而因應 QuTS hero 的架構轉變,現在只需要建立儲存池,然後就可以直接建立共用資料夾或LUN。這讓快照設定上也改變了,以往 QTS 作業系統是採用磁碟區快照(Volume Snapshot)來製作快照,而因 QuTS hero 不再存在磁碟區的關係(事實上是與儲存池融為一體),因此變成了共用資料夾快照(Shared Folders Snapshot)的模式,而其他的設計並沒有太大的改變。

QuTS hero 把儲存池 (Storage Pool) 及磁碟區 (Volume) 整合

在新儲存架構下,儲存池及磁碟區已被整合在一起,因此在建立儲存池後即可建立共用資料夾或 LUN


題外話,有部分 NAS 廠商如 Synology、Asustor、Netgear 等等的部分機種都宣稱是採用 Btrfs,其實原生的 Btrfs 跟 ZFS 類似,都有整合 RAID 及 LVM 功能,但因 Btrfs 的 RAID 5 及 RAID 6 有缺憾的關係,並不能穩定地維作,因此這些廠商都是以 Linux mdadm 建立 RAID,再在 RAID 裝置上建立LVM (Logical Volume Manager) ,最後才格式化為 Btrfs。雖然這樣能避開 RAID 5 及 RAID 6 的問題,但是因 RAID 部分並不是由 Btrfs 直接管理,會讓部分功能如自我損毀修復等失效,但只有部分廠商用自己的方法解決了部分問題;因此即使大家都是宣稱自己是使用 Btrfs 作業系統,但要小心魔鬼在細節,避免中伏。

因 BTRFS 存在缺憾,目前並沒有 NAS 廠商使用標準的 BTRFS ,而是配搭 MDADM 及 LVM 使用,再把磁碟區格式化為 BTRFS 以提供部分功能,但會讓部分 BTRFS 功能無法正常運作

  1. 第1頁 : QNAP NAS 作業系統一覽
  2. 第2頁 : ZFS 檔案系統主要功能特色
  3. 第3頁 : QuTS hero 功能特色
  4. 第4頁 : NAS 作業系統比較