Storage NAS: funzioni avanzate di gestione

Quando si parla di NAS, spesso si pensa a un insieme di dischi configurati in RAID. Nonostante i RAID offrano molti vantaggi rispetto ai singoli dischi, come velocità e protezione dei dati, sono configurazioni abbastanza rigide. Se l'utente vuole aggiungere o modificare lo spazio di archiviazione, deve riconfigurare l'array da zero.

I NAS moderni, oltre a svolgere funzioni come backup, sincronizzazione in cloud e server multimediale, offrono soluzioni di storage flessibili. In questo articolo vedremo come l’utilizzo di sistemi operativi e file system moderni permette a un singolo dispositivo di personalizzare lo storage in base alle proprie esigenze.

Come funziona un NAS

Un NAS funziona come un hard disk esterno collegato al computer ma, a differenza di questo, si connette alla rete e funziona in modo indipendente. Qualsiasi computer connesso alla stessa rete può, in base alle autorizzazioni, leggere, scrivere o cancellare i file memorizzati su di esso.

Il funzionamento di un NAS può essere descritto nel seguente modo:

• Il NAS si collega alla rete locale tramite una porta Ethernet o Wi-Fi, ottenendo un indirizzo IP.
• il sistema operativo gestisce i protocolli di rete consentendo ai computer della rete di accedere, trasferire o stampare file. Quando un utente richiede un file, la richiesta arriva attraverso questi protocolli. Verificati i permessi di accesso, il NAS localizza il file sull'unità e lo invia al client.
• il sistema operativo e il file system organizzano i file memorizzati sui dischi.

In sostanza il NAS funziona come un server dedicato all’archiviazione. Si connette alla rete, gestisce i file sulle unità e utilizza protocolli di rete per consentire l'accesso ai file.

Componenti di un NAS

Alla pari di un computer, il NAS è composto da diversi componenti tra cui:

• CPU: carica il sistema operativo e segue le sue istruzioni per distribuire i dati secondo una precisa logica (striping, mirroring o parità). Il processore può essere di tipo generico o studiato per avere alte prestazioni ed efficienza energetica.
• scheda madre: connette tutti i componenti hardware, tra cui la CPU, la RAM e i dischi. Su di essa è presente anche l’interfaccia per la connessione alla rete Ethernet o Wi-Fi. Sono presenti anche le porte USB, che in alcuni modelli permettono la connessione diretta a computer o hard disk esterni.
• dischi: sono le unità in cui vengono immagazzinati i dati, di tipo HDD o SSD. Generalmente sono configurati in mirroring o in livelli RAID basati su striping e parità. 
• RAM: viene utilizzata per memorizzare temporaneamente i dati. Una maggiore quantità di RAM velocizza l'accesso ai file, soprattutto se un elevato numero di utenti è connesso al NAS.

Un NAS commerciale viene venduto anche completo di software come:

• sistema operativo: permette agli utenti e alle applicazioni di interagire con l’hardware. La funzione principale è quella di gestire lo storage NAS secondo una logica precisa, scelta dall’utente in base alle necessità. Ciò significa suddividere o raggruppare i volumi, gestire le quote utente, le cartelle condivise, il backup e gli snapshots. Per raggiungere questi obiettivi, lavora in sinergia con il file system. Inoltre, svolge altre funzioni, come il monitoraggio dei componenti fisici, della temperatura e delle connessioni alla rete.
• applicazioni: molti NAS offrono funzionalità extra. Ad esempio server multimediali per lo streaming di contenuti audio e video, macchine virtuali/container per eseguire applicazioni in ambienti isolati o interfacce per gestire le telecamere di sorveglianza.

I componenti hardware e software lavorano insieme per fornire un servizio di archiviazione sicuro, controllabile e  configurabile anche da utenti non esperti. In particolare, la scelta di un sistema operativo e di un file system avanzato permette di configurare l’archiviazione in modo personale rispondendo alle esigenze dell’utente finale.

Gestione dello storage NAS

I sistemi operativi utilizzati nei NAS commerciali sono generalmente basati su Linux. Il motivo principale è che Linux è un sistema operativo versatile e adattabile a diversi contesti. Inoltre, supporta diversi tipi di file system, di cui i più utilizzati sono:

• ext4: acronimo di Extended File System quarta versione, è un file system estremamente consolidato e dotato di ottima flessibilità, velocità e sicurezza. Supporta il journaling, gestisce file di dimensioni fino a 16 TB e può allocare lo spazio in modo efficiente e con poca frammentazione. Una funzione interessante è la verifica dei dati prima della scrittura per evitare errori di allocazione.
• brtfs: acronimo di B-Tree File System, utilizza il copy-on-write per creare gli snapshot e recuperare i file spostati o eliminati accidentalmente. Ciò avviene senza duplicazione e consumo extra di spazio. L’efficienza nell’uso dello spazio è ottenuta attraverso la compressione trasparente dei dati, che migliora anche le prestazioni.
• ZFS: acronimo di Zettabyte File System, è un file system progetto per un alto grado di prestazioni e sicurezza. ZFS è ricco di funzionalità ma esigente in termini di risorse, adatto quindi ad applicazioni aziendali. Utilizza un checksum di tipo end-to-end ed è in grado di assicurare l'integrità dei dati e consentire la loro riparazione in modo automatico. ZFS supporta gli snapshot, la clonazione dei file e i backup incrementali. Funziona anche come volume manager ed è in grado di creare pool di storage multipli.

Le funzioni di questi file system sono ideali per garantire la massima protezione dello storage NAS. Oltre alle soluzioni commerciali che integrano hardware e software, è anche possibile assemblare un NAS in autonomia e installare sistemi operativi open source come FreeNAS.

Storage pool e volumi

Per chiarire il funzionamento dello storage NAS, è utile spiegare alcuni concetti fondamentali sulla gestione dell'archiviazione. Il numero di dischi utilizzati non sempre corrisponde al numero di unità logiche "viste" dai client. Il NAS considera l'insieme dei dischi come un pool di storage, all'interno del quale crea dei volumi che possono corrispondere ai singoli dischi, raggruppamenti di dischi o semplicemente dello spazio ricavato su più dischi.

Il pool di storage corrisponde al raggruppamento di dischi combinati per formare un'unica grande archiviazione. Il pool di storage è una sorta di astrazione dell'hardware: il sistema non deve preoccuparsi di quale disco specifico contiene i dati richiesti, ma gestisce l'intero pool come un'unica entità. I pool permettono inoltre di aggiungere o rimuovere dischi cambiando la capacità totale. 

Lo spazio può essere allocato dinamicamente a diverse unità logiche (come LUN o volumi). All’interno dei pool, i dischi sono spesso raggruppati in RAID per offrire ridondanza e protezione dei dati in caso di guasti.

Il volume, o il LUN nel caso dei server, è invece l’unità logica creata all'interno del pool di storage che viene effettivamente utilizzata per memorizzare i dati. Non è possibile creare un volume senza prima avere un pool di storage. A meno che lo storage sia costituito da un solo disco, il quale automaticamente funge da pool.

Differenze tra i vari modelli di NAS

Mentre il file system si occupa principalmente dell’organizzazione dei file, il sistema operativo si occupa dell’organizzazione dello storage NAS. Significa che permette all’utente di decidere come utilizzare i dischi, come raggrupparli in volumi e quali funzioni assegnare a ognuno di essi. I NAS moderni offrono diverse opzioni, le quali possono essere simili o differire in base ai produttori.

Netgear

Netgear utilizza il sistema operativo ReadyNAS basato su Linux. Come file system utilizza btrfs. Lo spazio viene organizzato di default raggruppando i dischi in X-RAID2.  X-RAID2 è la versione RAID adatta a utenti non esperti e non richiede competenze avanzate, poiché tutto il processo di configurazione e ampliamento avviene in modo automatico.

In questa modalità, i dischi vengono combinati in un unico volume. Si può anche iniziare con un solo disco e aggiungerne altri per aumentare la capacità o per migliorare la protezione dei dati. Per proteggersi dai guasti, X-RAID2 utilizza la capacità di un disco, a prescindere dal numero di dischi usati o aggiunti in seguito.

FlexRAID è la seconda modalità offerta da Netgear. È una versione per utenti esperti e offre maggiore personalizzazione, supportando la creazione di più volumi sullo stesso dispositivo. L’ utente può scegliere un raggruppamento come JBOD, RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6 e RAID 10. FlexRAID richiede una conoscenza delle architetture RAID e la sua espansione può avvenire solo aggiungendo un nuovo gruppo RAID.

QNAP

QNAP utilizza il sistema operativo QTS e come file system adotta ext4. QTS consente di combinare diversi RAID in uno storage pool unico e creare più volumi simultaneamente, ad esempio RAID 0 per le prestazioni, RAID 1 per la ridondanza e JBOD per una maggiore efficienza d’uso dello spazio. Inoltre, permette di scegliere se creare un volume di tipo static, thick o thin. 

Un volume static alloca tutto lo spazio di archiviazione disponibile immediatamente. Un volume di questo tipo offre le migliori prestazioni poiché lo spazio è già allocato e il sistema non deve preoccuparsi di riorganizzare i dati su richiesta. Tuttavia non è flessibile e non si può espandere senza ricrearlo.

Un volume thick pre-alloca una porzione fissa di spazio, ma non tutto. Offre prestazioni leggermente inferiori al volume statico, ma comunque valide. Inoltre è espandibile senza la necessità di doverlo ricreare.

Un volume thin alloca una quantità incrementale di spazio. Inizialmente, il volume occupa poco spazio e cresce man mano che vengono scritti nuovi dati. Le prestazioni sono inferiori rispetto alle altre due opzioni, specialmente quando si raggiunge la capacità massima poiché il sistema deve riallocare i dati. Tuttavia la flessibilità è al massimo grado, ed è possibile addirittura creare un volume di dimensioni apparentemente maggiori rispetto alla capacità totale dello storage NAS (over-provisioning).

Synology

Synology utilizza il sistema operativo DSM e usa i file system ext4 e btrfs. Come QNAP, usa i pool di archiviazione per raggruppare i dischi in RAID e consente di creare volumi con dischi indipendenti o appartenenti a un gruppo. L’archiviazione offerta è di tipo dinamico e i volumi sono espandibili in base alle esigenze.

L’organizzazione dello spazio è concepita per essere estremamente flessibile. È possibile creare un LUN singolo su RAID allocando il set completo di dischi o LUN multipli allocando solo alcuni dischi. Inoltre, gli amministratori possono creare cartelle condivise nei volumi con quote per ogni utente.

Synology utilizza una tecnologia RAID proprietaria chiamata SHR, acronimo di Synology Hybrid RAID. I sistemi RAID tradizionali, come RAID 5 o RAID 6, richiedono che tutti i dischi abbiano la stessa capacità per funzionare in modo ottimale. Ciò è un problema se si vogliono usare dischi di capacità diversa o espandere lo storage. 

SHR permette di combinare dischi di diverse capacità in un unico volume logico. Usa le porzioni di dischi in modo dinamico per ottimizzare lo spazio disponibile e consente l’espansione dello storage. L’integrazione dei nuovi dischi avviene in automatico e la ridistribuzione dei dati non richiede la ricostruzione completa dell'array.

Esistono due tipi principali di SHR. SHR-1 utilizza la logica del RAID 5, richiede almeno due dischi e protegge dal guasto di un singolo disco guasto. SHR-2 utilizza la logica del RAID 6, richiede almeno quattro dischi e protegge dal guasto simultaneo di due dischi. 

Western Digital

Western Digital utilizza il sistema operativo My Cloud OS insieme al file system ext4. Anche in My Cloud OS è possibile cambiare la configurazione RAID per adattarla alle proprie esigenze, come ad esempio ampliando lo spazio disponibile. Il sistema è pensato sia per utenti domestici che aziende, supporta anche il protocollo iSCSI, che permette di gestire i dischi in rete. 

Ogni configurazione iSCSi può contenere un solo LUN, configurabile dall’interfaccia. Una funzione interessante è la virtualizzazione dei volumi che consente al NAS di collegarsi ad altri dispositivi della rete e di gestire i loro volumi come fossero propri. Per il resto offre funzioni simili ad altri produttori come la creazione di sezioni condivise in rete e il server multimediale.

Recupero dati da NAS

Il recupero dati da storage NAS con configurazioni dinamiche e basate su più volumi presenta difficoltà maggiori rispetto alla pura archiviazione RAID. Scenari comuni di perdita di dati includono guasti ai dischi fisici, corruzione dei file system, errori negli array oppure cancellazioni accidentali di volumi. 

La difficoltà nel recuperare l’accesso ai file deriva dalla complessità di ricostruire la struttura logica, soprattutto quando lo spazio è organizzato in storage pool con allocazione dinamica. In questo caso i dati possono essere frammentati su più dischi.

Il recupero richiede spesso metodologie avanzate, come la ricostruzione manuale della configurazione RAID, l’analisi approfondita dei metadati o l’utilizzo di software speciali in grado di riconoscere le logiche di partizionamento proprietarie. 

DataLab è leader nel recupero di dati dai maggiori NAS in commercio. Grazie all'esperienza accumulata affrontando con successo vari scenari, siamo in grado di affrontare situazioni critiche, restituendo ai clienti la continuità operativa in tempi brevi. Data la diversità con cui ogni produttore organizza lo storage, ogni caso viene gestito con un approccio unico. Garantiamo inoltre massima riservatezza nel trattamento delle informazioni.

Se non riesci ad accedere al tuo NAS o hai riscontrato una perdita di dati, contattaci subito per una consulenza. I nostri esperti saranno pronti a valutare la situazione e a offrirti una soluzione concreta per recuperare i tuoi dati.