ZFS, um sistema de arquivos para dispositivos de armazenamento

O que é ZFS

O ZFS é um sistema de arquivos projetado pela Sun Microsystems, atualmente de propriedade da Oracle Corporation, voltado para servidores e unidades de armazenamento que combina o gerenciamento de volumes lógicos, alta performance e recursos profissionais contra a perda de dados.

Esse sistema de arquivos suporta dispositivos com altas capacidades de armazenamento, é escalável, possui um eficiente sistema para compactação de dados e integra conceitos de gerenciamento de sistema de arquivos e volume. Além disso, o ZFS inclui diversas proteções contra corrupção de dados como recursos para snapshot, clones de cópia em gravação, verificação de integridade contínua dos dados com recuperação automática em caso de não conformidade.

História e futuro do ZFS

Em 2005 foi licenciado como software de código aberto sob a licença comum de desenvolvimento e distribuição (CDDL) juntamente com grande parte do código do sistema operacional, definido pelo nome de projeto OpenSolaris e OpenZFS. Quando a Sun Microsystems foi vendida, o sistema ZFS tornou-se uma ativo pertencente à Oracle Corporation, que parou de lançar atualizações dos códigos-fontes abertos tanto para o OpenSolaris quanto para o OpenZFS, revertendo o ZFS para código fechado novamente.

O ZFS surgiu como software proprietário (de código fechado) desenvolvido pela Sun, como parte do sistema operacional Solaris. Tanto o ZFS gerenciado pela Oracle e seus parceiros quanto os projetos baseados em OpenZFS são extremamente semelhantes, simplificando implementações em storages e servidores baseados em Unix.

Apesar dessa mudança, o código open-source ZFS vem se aprimorando até hoje, graças a iniciativas de diversos desenvolvedores Unix/Linux. Enquanto algumas organizações que usam o ZFS mantêm seu próprio código específico e respectivos processos de validação para a integração em seus sistemas, o OpenZFS continua sendo amplamente utilizado em sistemas de código aberto.

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FreeNAS, NAS4Free e outros sistemas baseados em ZFS

Algumas distribuições de software open-source NAS como o FreeNAS, atualmente administrada pela empresa iXsystems e o NAS4Free/XigmaNAS são apenas alguns exemplos de iniciativas que mantém diversas versões do ZFS original sendo implementadas como soluções de armazenamento de dados. Além disso, empresas fabricantes de sistemas de armazenamento como Netgear, Infortrend e Qnap possuem também suas próprias versões de storages baseados em ZFS/OpenZFS.

Um sistema de arquivos flexível

O ZFS ajuda a evitar erros de planejamento no sistema de armazenamento distribuindo os blocos fornecidos por todos os seus discos, permitindo assim dividir o espaço disponível em sistemas de arquivos altamente configuráveis. Ele inclui ainda as permissões e cotas dos sistemas de arquivos tradicionais, inclui níveis de compactação de dados transparentes, recursos de deduplicação, reservas de capacidade e snapshots clonáveis.

RAID-Z, um arranjo de disco eficiente

Na montagem e administração de arranjos de discos, o ZFS emprega RAID "soft", oferecendo RAID-Z (paridade baseada em arranjos RAID 5 e semelhantes) e o espelhamento de disco (semelhante ao RAID 1). Esse sistema distribui os dados e suas respectivas paridades como no RAID-5, mas usa largura de faixa dinâmica: cada bloco é sua própria faixa RAID independentemente do tamanho, sendo que cada gravação se torna uma “faixa completa” de dados.

Existem cinco tipos de arranjo RAID-Z:

1- RAID-Z: RAID-Z0 (similar ao RAID 0, sem redundância),

2- RAID-Z1 (similar ao RAID 5, tolerância a falha de um apenas disco),

3- RAID-Z2 (semelhante ao RAID 6, permite falha simultânea até dois discos)

4- RAID-Z3 (uma configuração RAID 7, permite falha simultânea de três discos) 

5- Espelhamento (semelhante ao RAID 1, permite que um disco falhe).

Além de lidar com falhas em globais de discos, o RAID-Z também detecta e corrige problemas de gravação silenciosos, oferecendo "auto-recuperação de dados": ao ler um bloco RAID-Z, o ZFS o compara com a soma de verificação do algoritmo e, se os dados não retornaram a resposta correta, o sistema lê a paridade, descobre qual disco retornou dados incorretos e repara a área danificada, retornando os dados sem erros ao solicitante.

Boas práticas para manter a integridade de dados

Dados protegidos

Flexibilidade é inútil sem confiabilidade, por isso o ZFS não compromete a integridade ou redundância dos dados. O sistema cria uma cadeia organizada de verificação assim que os dados são salvos pela primeira vez, verificando os blocos gravados toda vez que os dados são lidos. Ele verifica até mesmo os metadados que descrevem o sistema de arquivos e permite verificar periodicamente todas os checksums para determinar se os dados ou backups usados com pouca freqüência estão sofrendo corrupção silenciosa de dados. Ao tomar essas precauções, o ZFS nunca retornará dados corrompidos do disco.

Manter dados intactos é uma coisa, mas combater a falta de confiabilidade do disco é outra. O ZFS pode manter a redundância de dados por meio de um sistema sofisticado de várias estratégias de disco. Essas estratégias incluem o espelhamento e a distribuição de espelhos equivalentes aos arrays RAID 1 e 10 tradicionais, inclui configurações “Raid-Z” que toleram a falha de um, dois ou três discos de um determinado arranjo.

Para proteger os dados contra falhas do disco é fortemente recomendado configurar o ZFS como um sistema de armazenamento redundante, seja através do RAID-Z ou no modo espelhado (onde os dados são copiados em pelo menos dois discos). Caso apenas um disco seja usado, cópias redundantes dos dados são habilitadas, duplicando assim o espaço consumido pelos dados numa mesma unidade lógica, mantendo um ambiente menos seguro e ainda vulnerável a falha.

Recuperação de dados

Diferentemente de soluções integradas NAS, o ZFS não acompanha ferramentas para reparar sistemas de arquivos danificados, pois foi projetado para auto-reparo instantâneo. Caso o pool seja comprometido devido a falha de hardware, configuração, redundância inadequada ou qualquer outro tipo de desastre a ponto do sistema não conseguir remontar o pool, não existem ferramentas homologadas para recuperar os dados armazenados.

Alguns fóruns online de usuários e especialistas em ZFS tem fornecido ajuda técnica para usuários domésticos e empresas que enfrentam perda de dados por configuração ou gerenciamento inadequado, porém esse risco existe. Ao solicitar ajuda através de fóruns e desenvolvedores open-source sempre estaremos a disponibilidade e boa vontade de algum especialista.

Além disso, qualquer intervenção em sistemas de arquivos danificados exige sólidos conhecimentos sobre o assunto, por isso intervenções realizadas por técnicos não capacitados podem causar perda de dados em caráter permanente.

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