Kommentar von Claudia Hildebrandt, Sales Engineer bei Nexenta

Schleichende Datenkorruption – eine unangenehme Wahrheit

| Autor / Redakteur: Claudia Hildebrandt / Nico Litzel

Jede dieser drei Ebenen birgt die Gefahr, dass Daten korrumpiert werden können, beispielsweise durch einen defekten RAID Controller oder durch einen Fehler in der Software. Da die Ebenen unabhängig voneinander arbeiten, kann die jeweils andere Ebene diese Datenkorruption nicht erkennen. So kann das Dateisystem, welches auf einen defekten Datenblock auf der Festplatte zugreift, diesen Defekt nicht erkennen, sondern dieser wird erst von der Applikation registriert, die den Datenblock nicht einlesen kann. Dann ist es aber bereits zu spät.

Die Daten sind korrumpiert und das Dateisystem ist nicht in der Lage, diesen Fehler zu korrigieren. So bleibt nur die Wiederherstellung der Daten von Sicherheitskopien als Lösung übrig, doch möglicherweise sind diese Daten bereits stark veraltet. Ein hoher Datenverlust kann die Folge sein.

ZFS übernimmt alle Funktionen der Speicherverwaltung

ZFS übernimmt selbst alle drei Funktionen der Speicherverwaltung. Der Einsatz von RAID Controller und Volume Manager ist überflüssig. Damit werden potenzielle Fehlerquellen, wie Bugs in der RAID Controller Firmware oder im Volume Manager eliminiert, ebenso wie defekte RAID Controller Hardware. Des Weiteren erkennt ZFS Datenkorruption anhand der Prüfsummen und kann diese sogar heilen, indem ZFS den fehlerhaften Block durch eine konsistente Kopie ersetzt.

Eigentlich liegt es in der Natur der Sache: Die wichtigste Eigenschaft eines jeden Dateisystems ist es sicherzustellen, dass die Daten unversehrt gespeichert und gesichert sind. Das ist Pflicht, alles Weitere Kür. Überraschenderweise sind diese Eigenschaften in nicht allen Dateisystemen zu finden. ZFS jedoch wurde von Grund auf entwickelt, um Daten gegen alle Eventualitäten zu schützen, komme, was wolle. Ob Datenkorruption, elektromagnetische Impulse, Boot-Storms oder Gamma-Strahlung: ZFS ist das sicherste auf dem Markt befindliche Dateisystem. ZFS erlaubt das Speichern unlimitierter Snapshots und Klone in jedem Storage-Pool. Klone sind veränderbare Kopien, die extrem platzsparend sind und es erlauben, viele Dateisysteme mit den gleichen Daten zu speichern, was auf lange Sicht gesehen „saubere“ Versionen von Daten bedeutet.

Der Parent Block enthält Prüfsummen über Meta- und Nutzdaten

Mit transaktionellen Schreiboperationen und mithilfe des Copy-on-Write-Verfahrens, welches im Gegensatz zu dem herkömmlichen Read-write-modify-Verfahren originale Blöcke niemals während einer Schreiboperation überschreibt, sondern neu allokiert, wird vor Datenverlust und Datenkorruption geschützt – beispielsweise verursacht durch einen Systemcrash während einer nicht abgeschlossenen Schreiboperation. Auf diese Weise sind Daten in ZFS stets konsistent. ZFS bildet Prüfsummen über Metadaten und Nutzdaten ab und speichert diese Informationen im Gegensatz zu traditionellen Systemen in einem extra Block, dem sogenannten Parent Block ab.

Die Prüfsummen werden hierarchisch in einem Merkle-Baum erstellt bis hin zum letzten Block, dem sogenannten Überblock. So wird die Datenintegrität konsistent über alle Informationen sichergestellt. Somit sind Daten nicht nur gegen Bit Rot, sondern auch gegen Phantom-Schreibvorgänge, falsch adressierte Schreibvorgänge, DMA-Paritätsfehler, Treiber-Bugs oder zufälliges Überschreiben gesichert.

An Sicherheit auf diesem Niveau kommen herkömmliche Dateisysteme, die Prüfsummen nur über Metadaten erstellen und diese Informationen zudem im gleichen Datenblock speichern, nicht heran. Denn wenn dieser Datenblock korrumpiert wurde oder aus anderen Gründen nicht zugegriffen werden kann, dann ist dieser Datenblock trotz Prüfsummen verloren. ZFS bietet aufgrund spezieller Funktionalitäten nicht nur Schutz vor Datenkorruption, sondern kann diese sogar heilen.

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