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

NAS 作業系統比較

為讓大家更清楚了解 QuTS hero 跟其他 NAS 作業系統的差異，大王特意整理出 QuTS hero 跟 QNAP 的 QTS、QES 作業系統，以及 Asustor ADM 作業系統和 Synology DSM 作業系統的相關資料，供大家參考。

系統架構

在系統底層方面，除了 QNAP QES 是採用 FreeBSD 核心外，其他的 NAS 作業系統都是使用 Linux 作為基礎。如前文所說，由於 Btrfs 作業系統在 RAID 5 / 6 有缺陷的關係，所以 Asustor 及 Synology 都是採用 MDADM + LVM + EXT4 / Btrfs 架構，而 QNAP QuTS hero 及 QES 則使用 ZFS 統一管理，以提供最完整的進階儲存功能，在系統架構層面較有優勢。

RAID 及磁碟區管理

在 RAID 支援方面，由於 Synology DSM 及 Asustor ADM 都是採用 MDADM 作為 RAID 引擎，因此只支援 RAID 0, 1, 5, 6, 10, JBOD 這類基本的 RAID 模式。而 QNAP QTS 雖然都是採用 MDADM，但是 QNAP 自行實作了 RAID 50, 60 進階 RAID 模式，為多 Bay 數的 NAS 型號提供更有彈性及更安全的選項。使用 ZFS 的 QNAP QuTS hero 和 QES 則支援 RAID 0, 1, 5, 6, 10, 50, 60, TM, TP, JBOD，為進階使用者提供更高安全性的選項，特別適合企業用家。當不幸地出現硬碟損壞，ZFS 也只需要同步存有數據的區塊，讓 RAID 重建更快速完成，提高安全性，反之採用 MDADM 的作業系統都需要重建整組 RAID，需要更長時間才能完成。

此外，QNAP QuTS hero 及 QES 能提供高達 1PB 的單一儲存空間，比 QTS 的 250TB 及 Synology DSM 的 200TB 高出數倍，同時 QNAP 各個作業系統都能支援磁碟區擴大、縮少及在完整配置及精簡配置之間進行轉換，在功能上比其他品牌完整，為用家提供更彈性的設定，也能讓用家隨時按需要調整合適的設定，善用儲存空間。

快照相關功能

快照 (Snapshot) 是現代儲存系統必備的功能，不同的廠商是使用不同的技術來實作快照功能。QNAP 的 QTS 作業系統是採用 EXT4 作業系統，並沒有原生支援快照功能，他是透過 LVM 層面來支援磁碟區快照，並把相關技術套用到所有機種上，並依機種的硬件性能調整最大可以支援的快照數目。而 QNAP 高階產品所使用的 QuTS hero 及 QES 作業系統都是直接採用 ZFS 檔案系統實作快照功能，整機能支援高達 65536 張快照，也沒有限制單個共用資料夾的快照數目，而且最短間隔只有一分鍾，用家能更密集地擷取快照，增加還原點，是眾多作業系統之中快照功能最強的一個

而 Synology 跟 Asustor 的快照功能只限於支援 Btrfs 檔案系統的機種，雖然是基於同一技術，但在細節上卻有極大的差異。Synology 是以「共用資料夾」作為擷取快照的單位，而 Asustor 則是使用「磁碟區」作為擷取快照的單位。當中 Synology 也是為不同硬件規格機種而限制快照數目，即單個「共用資料夾」1024 個或 256 個快照，而 Asustor 可能是因為快照功能推出沒多久的關係，網上的資訊並不完整，並找不到相關的資訊。在比較進階的快照功能如「快照複製 (Clone) 」、「快照備份功能」等，QNAP 及 Synology 都提供相當完整的功能，反之 Asustor 還沒有提供相關的功能，來得有點落後。

數據保護

在較新型的檔案系統中，如 ZFS 及 Btrfs，都引入了 Checksum 功能來確保數據的正確性。因此，QNAP 採用 ZFS 檔案系統的 QuTS hero 及 QES 、Synology 及 Asustor 能支援 Btrfs 的機種，都能夠支援 Checksum 功能來較對從硬碟讀出來的數據，確保資料正確。然而，前文提及過因為 Btrfs 原生 RAID 的缺憾，在 NAS 上搭載的 Btrfs 並不負責 RAID 功能，所以即使能從 Checksum 功能判斷出錯誤數據，也未必能修正硬碟上錯誤的數據，所以即使是採用 Btrfs 檔案系統，也未必能支援自我損毀修復功能。根據 Synology 官網資料，他們有自行實作出相關的功能，而 Asustor 在這方面則一樣是空白，可見 Asustor 在技術上還是落後於其他兩大品牌。

而 QNAP QuTS hero 及 QES 作業系統都有完整支援 Checksum 及自我損毀修復，此外更有支援 WORM (Write Once Read Many, 單寫多讀) 資料保護機制，確保數據不能被竄改，在現今資訊科技法規愈來愈嚴格的情況下，為企業提供一個更安全的儲存系統，避免觸犯相關資訊法律的風險。

數據減量及寫入加速

一個儲存系統，能存進更多數據，就代表成本愈低。如果是全快閃 (All Flash) 的儲存系統，因 SSD 在物理上存在寫入上限，假如能把實際寫進 SSD 的數據縮小，除了能存進更多數據，拉低整體成本，更能延長 SSD 壽命，一舉兩得。在較新型的檔案系統中，ZFS 及 Btrfs 都能支援在線資料壓縮功能，差異只在於 ZFS 採用的 LZ4 壓縮技術比 Btrfs 更快，能更有效率地處理數據。除了「在線資料壓縮」，還有更進階的「在線重複資料刪減」及「在線資料壓實」技術，採用 Btrfs 作業系統的 Synology 及 Asustor 並沒有支援這些進階功能，而 QNAP QuTS hero 及 QES 作業系統則能夠支援，能再進一步把數據減量，較為優勝。

在寫入加速方面，不論是 ZFS 及 Btrfs，由於都是採取 Copy-On-Write 作為基礎的寫入步驟，在使用一段時間後會出現碎片化的問題，特別是可用空間變小的時候，往往會因為可用的區塊過於零碎，讓寫入效能下降。這個現象跟 SSD 可用容量不足時出現的問題類似，在 SSD 可用容量不足時，也會因為沒有完全空白的區塊供數據直接寫入而加劇了寫入放大問題，最終同樣導致寫入效能下降。為避免這個問題，目前只有 QNAP 實作了超額配置功能來預留連續的空白空間，供用家自行決定是否以部分儲存容量換取效能，為企業用家及資深用家提供避免問題的選項。此外，也只有 QNAP QuTS hero 及 QES 作業系統提供「寫入聚合」功能，進一步為全快閃 (All Flash) 環境提供一個更高速的寫入方式。

SSD 相關功能

SSD 價錢不斷下滑，為儲存系統加入 SSD 已經是十分常見，SSD 在 NAS 中最常見是用來當快取 (SSD Cache)，也因此每家 NAS 廠商都會說自己支援 SSD 快取功能。上表整理出 SSD 快取功能在各大廠商作業系統上的差異，當中只有 QNAP 支援在線啟用/停用 SSD 快取，也代表著當 SSD 出現故障，系統需要自動停用 SSD 快取功能來保護數據時，只有 QNAP 能保持服務不斷線。

此外，SSD 除了能供  SSD 快取功能使用，還有分層儲存 (Tiering) 功能可以善用 SSD。在常見的 NAS 品牌中，目前也只有 QNAP 的 QTS 作業系統有提供這個功能（即 Qtier 功能），而系出同門的 QuTS hero 及 QES 則因底層架構不一樣，並沒有支援分層儲存 (Tiering) 功能，只能支援採用更先進的 ARC 演算法提供 L2ARC + ZIL 快取功能。

SSD 壽命管理

SSD 在物理上有寫入壽命，在 RAID 功能上，有著同時死亡的危機，也因此在 SSD 上出現了預估寫入壽命的功能，這個功能在 QNAP 及 Synology 的作業系統都可以支援，讓用家能提前更換 SSD，避免損失。在企業環境下，為進一步提高安全性，通常在 RAID 的部分也會下一點功夫。Synology 就用 RAID 5 改造出 RAID F1，並透過在某一 SSD 加重寫入負載來讓特定 SSD 提早結束生命，讓用家提早進行 RAID 重建，並使 SSD 的死亡時間錯開，來避免多個 SSD 同時間損壞。而 QNAP 則採用另一方式，他並不是直接改造 RAID，而是透過特殊的演算法，在標準的 RAID 5, 6, 50, 60, TP 下讓某 SSD 提早損壞，以錯開 SSD 的故障時間點，預防 SSD 發生同時損壞，保障資料安全。

*QNAP QSAL 功能已在 QNAP 官網預告即將在 QuTS hero 作業系統上提供，而 QTS 及 QES 作業系統則未有資料。

其他相關功能

以上整理出一些較進階又對企業較重要的功能，以上大部分功能在 QNAP QuTS hero / QTS 作業系統都支援得十分完整，而 QNAP QES 及 Synology DSM 在虛擬化部分的功能都是完整的。唯目前只有 QNAP QuTS hero 及 QTS 支援 Fibre Channel (光纖通道)，能讓 NAS 加入既有的 SAN 環境。

總結

QNAP QuTS hero 作業系統基本上是 QNAP QTS 作業系統跟 QNAP QES 作業系統系統的混合體，在提供更多企業級的儲存功能之餘同時保留 QTS 作業系統的 App Center 生態系統以提供更多增值功能，強化了產品的競爭力。QNAP QuTS hero 作業系統在儲存功能上已經十分完整，比較同類型的 NAS 廠商更是處於領先的地位，即使是比較企業級的儲存大廠，功能上也開始變得接近，相信憑著相對親民的售價能在企業級市場中發光發亮。也受惠於 QuTS hero 作業系統的數據減量功能及各項的 SSD 優化技術，使 QNAP 的 All Flash 產品線如 TS-h2490FU 更具競爭力，更能切合企業所需。

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