Mobile-Menu

ZFS in Open-Source-NAS nutzen – auch in VM mit TrueNAS und Proxmox Architektur, Vorteile und Einsatz von ZFS in Unternehmen

Von Thomas Joos 5 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

DataCore Software GmbH
FAST LTA GmbH

Das Zettabyte File System (ZFS) hat sich als wichtiges Dateisystem für moderne NAS-Lösungen etabliert. Mit Funktionen wie integrierter Datenintegrität, Snapshots und hoher Skalierbarkeit ermöglicht es sowohl Privatnutzern als auch Unternehmen eine zuverlässige Speicherlösung. Dieser Beitrag zeigt, wie Open-Source-NAS-Systeme davon profitieren.

ZFS als Fundament zuverlässiger NAS-Lösungen: Mit Datenintegrität, Snapshots und Skalierbarkeit erfüllt es anspruchsvolle Speicheranforderungen. Open-Source-NAS-Systeme nutzen diese Stärken für eine zuverlässige Datenverwaltung.(Bild: Midjourney / KI-generiert)
ZFS als Fundament zuverlässiger NAS-Lösungen: Mit Datenintegrität, Snapshots und Skalierbarkeit erfüllt es anspruchsvolle Speicheranforderungen. Open-Source-NAS-Systeme nutzen diese Stärken für eine zuverlässige Datenverwaltung.
(Bild: Midjourney / KI-generiert)

Besonders in Open-Source-NAS-Systemen wie TrueNAS, Unraid oder Proxmox als Virtualisierungslösung spielt das von Sun Microsystems entwickelte transaktionale Dateisystem ZFS (ursprünglich: „Zettabyte File System“) eine zentrale Rolle. Die Möglichkeit, Commodity-Hardware zu nutzen, macht diese Lösungen für kleinere Budgets ebenso attraktiv wie für große Unternehmensumgebungen.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

ZFS-Architektur: Aufbau und Funktionsweise

ZFS kombiniert Dateisystem und Volumenmanager in einer Lösung und nutzt Pools, die aus virtuellen Geräten (Vdevs) bestehen. Diese Struktur ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Organisation und Redundanz. RAID-Z-Konfigurationen wie RAID-Z1, RAID-Z2 und RAID-Z3 stellen sicher, dass Datenverluste durch Laufwerksausfälle minimiert werden. Neuere OpenZFS-Versionen bieten die Möglichkeit, RAID-Z-Pools durch das Hinzufügen einzelner Laufwerke zu erweitern, eine Funktion, die lange gefordert wurde und jetzt durch TrueNAS Scale und ähnliche Systeme verfügbar ist.

Wichtig ist, dass ZFS mit einer 128-Bit-Architektur arbeitet, wodurch nahezu unbegrenzte Skalierbarkeit erreicht wird. Die Integration von Funktionen wie Inline-Kompression (LZ4) und Deduplizierung reduziert Speicheranforderungen und optimiert die Performance.

Leistungsoptimierung: ARC, L2ARC und ZIL

ZFS nutzt einen mehrstufigen Cache-Ansatz, um die Leistung zu maximieren. Der Adaptive-Replacement-Cache (ARC) speichert häufig genutzte Daten im RAM, was schnelle Lesezugriffe ermöglicht. Eine Faustregel besagt, dass ein Gigabyte RAM pro Terabyte Speicher im Pool benötigt wird, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Der L2ARC bietet eine Erweiterung des RAM-Caches auf SSDs und ist besonders hilfreich, wenn große Datenmengen regelmäßig genutzt werden, die nicht vollständig im RAM gehalten werden können.

Für Schreiboperationen wird das ZFS-Intent-Log (ZIL) verwendet. Dieses kann durch ein separates, schnelles SSD-Laufwerk, bekannt als SLOG (Separate Log Device), ausgelagert werden, um Schreibgeschwindigkeiten zu erhöhen. Dies ist besonders wichtig in Umgebungen mit synchronen Schreibanforderungen wie Datenbanken oder Virtualisierungsplattformen.

Snapshots: Schutz vor Fehlern und Cyberangriffen

Snapshots gehören zu den leistungsstärksten Funktionen von ZFS. Sie ermöglichen eine momentane Aufnahme des Dateisystems, die bei Bedarf wiederhergestellt werden kann. Im Fall von Ransomware-Angriffen oder Datenverlust durch Benutzerfehler kann ein Snapshot die Daten auf den vorherigen Zustand zurücksetzen. Snapshots speichern nur geänderte Datenblöcke, was Speicherplatz spart und schnelle Wiederherstellungen ermöglicht.

Diese Funktion wird durch TrueNAS erheblich vereinfacht. Automatisierte Snapshot-Aufgaben mit definierter Lebensdauer ermöglichen eine präzise Verwaltung und helfen, Speicher effizient zu nutzen. Darüber hinaus können Snapshots für Replikationen zwischen verschiedenen Systemen genutzt werden, was ein entscheidender Vorteil für Backup- und Disaster-Recovery-Strategien ist.

Herausforderungen: Erweiterung und Datenkorruption

Eine historische Einschränkung von ZFS ist die Schwierigkeit, bestehende Pools zu erweitern. Neuere OpenZFS-Versionen erlauben es, RAID-Z-Pools durch das Hinzufügen einzelner Laufwerke zu vergrößern. Dennoch gibt es Einschränkungen: RAID-Level wie Z1, Z2 oder Z3 können nach der Pool-Erstellung nicht geändert werden. Ebenso bleibt die Kapazität eines Pools durch die kleinste Festplatte im Vdev begrenzt.

Eine kürzlich entdeckte Schwachstelle betrifft potenzielle stille Datenkorruption in bestimmten ZFS-Versionen, insbesondere bei lokalen Operationen mit hoher Lese- und Schreiblast. Updates auf Versionen wie OpenZFS 2.2.2 oder entsprechende Patches für Distributionen wie TrueNAS Core (Version 13.0-U6.1) und Unraid (ab Version 6.12.6) adressieren dieses Problem. Unternehmen sollten sicherstellen, dass sie aktuelle Software-Versionen verwenden, um Risiken zu minimieren.

ZFS in Open-Source-NAS-Systemen

TrueNAS ist eine der führenden Open-Source-NAS-Lösungen und bietet umfassende Tools für Speicherverwaltung, Virtualisierung und Backup. TrueNAS Scale erweitert diese Funktionalitäten durch Unterstützung von Containern und Kubernetes-Integrationen, während TrueNAS Core auf FreeBSD basiert und eine stabilere Plattform für traditionelles NAS bietet. Unraid kombiniert die Flexibilität von ZFS mit benutzerfreundlicher Verwaltung und eignet sich besonders für hybride Umgebungen. Proxmox Virtual Environment integriert ZFS für Speicherpools und Snapshots, was es zu einer idealen Wahl für virtualisierte Infrastrukturen macht. Proxmox lässt sich übrigens perfekt mit TrueNAS kombinieren, indem TrueNAS als VM innerhalb von Proxmox zugreifen kann und dabei physische Laufwerke des Proxmox-Servers nutzt. Dadurch profitiert das komplette System von ZFS.

Jetzt Newsletter abonnieren

Täglich die wichtigsten Infos zu Data-Storage und -Management

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

TrueNAS und Proxmox: optimale Nutzung von ZFS in einer virtualisierten Umgebung

Die Kombination von TrueNAS und Proxmox eröffnet vielseitige Möglichkeiten für effiziente und flexible Speicherlösungen. Während Proxmox als leistungsstarker Hypervisor für virtuelle Maschinen dient, übernimmt TrueNAS die Rolle eines spezialisierten Netzwerkspeichersystems, das auf ZFS basiert. Diese Architektur vereint die Virtualisierungsmöglichkeiten von Proxmox mit den herausragenden Datenmanagement- und Sicherheitsfunktionen von ZFS, wodurch sich leistungsfähige und skalierbare Umgebungen realisieren lassen.

Proxmox ermöglicht es, TrueNAS als virtuelle Maschine zu betreiben und physische Festplatten direkt an die VM durchzuleiten. Dies geschieht durch das Hinzufügen von SCSI-Schnittstellen oder PCIe-Durchreichung für Speichercontroller. So erhält TrueNAS direkten Zugriff auf die Datenträger, eine entscheidende Voraussetzung für die Nutzung der ZFS-Funktionen wie Snapshots, Deduplizierung und RAID-Z-Konfigurationen. Diese direkte Anbindung minimiert Abstraktionsschichten und stellt sicher, dass ZFS seine volle Leistung und Integrität entfalten kann.

Die typische Einrichtung umfasst die Installation von Proxmox auf einem Host-System mit ausreichend CPU-Leistung und ECC-RAM, um Speicherfehler zu vermeiden. TrueNAS wird als Gastbetriebssystem auf einer dedizierten virtuellen Festplatte installiert, während die physikalischen Datenträger als separate Volumes hinzugefügt werden. Die Datenträger können dann in TrueNAS zu ZFS-Pools zusammengefasst werden. Ein beliebtes Set-up ist die Nutzung gespiegelter Laufwerke (RAID 1) für Fehlertoleranz oder von RAID-Z-Konfigurationen für mehr Kapazität und Schutz.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Mit dieser Integration lässt sich Proxmox weiterhin für andere Workloads nutzen, wie beispielsweise Container, zusätzliche virtuelle Maschinen oder spezifische Anwendungen. Gleichzeitig stellt TrueNAS zentralisierte Speicherdienste wie SMB, NFS oder iSCSI bereit, die sich nahtlos in Netzwerke integrieren lassen. Dank der ZFS-Funktionen profitieren Unternehmen und Heimlabore gleichermaßen von hoher Datensicherheit und flexibler Skalierbarkeit.

Durch diese Architektur entsteht eine modulare und effiziente Infrastruktur, die sich sowohl für kleine als auch große Speicheranforderungen eignet und gleichzeitig eine klare Trennung zwischen Virtualisierung und Speicherverwaltung ermöglicht.

Aktuelles eBook

Open-Source-Storage – Speicher-Software zum Nulltarif

eBook Open-Source-Storage
eBook „Open-Source-Storage“
(Bild: Storage-Insider)

Der Bedarf an Speicherkapazität steigt von Tag zu Tag – nicht nur, um die Daten von Produkten, Kunden und Transaktionen zu sichern, sondern auch, um Compliance-Anforderungen zu erfüllen und Auditierungen gut zu überstehen. Eine leistungsfähige Storage-Lösung ist also gefragt. Eine kostenlose Option bietet Open-Source-Software für Storage, insbesondere dann, wenn man sie selbst den eigenen Anforderungen anpassen darf.

Die Themen im Überblick:

  • Warum Storage als Open Source?
  • NAS & Objektspeicher
  • Backup & Disaster Recovery
  • Dateisysteme
  • Technologiestapel & Ökosysteme

eBook „Open-Source-Storage“ kostenlos downloaden

(ID:50343820)

Weiterführende Inhalte