NAS: принципи організації даних та відновлення втрачених файлів

NAS (Network Attached Storage) – інтелектуальне рішення для зберігання даних, яке широко використовується в сучасних домашніх та офісних середовищах. Воно і не дивно, адже ці пристрої прості у керуванні, надійні, здатні зберігати значний обсяг інформації, а також забезпечувати обмін нею між авторизованими користувачами мережі.

Проте як і будь-яке обладнання, пристрій можуть спіткати помилки користувачів або ж внутрішні збої, що призводять до втрати цінної інформації. На щастя, із належним розумінням основ NAS та надійним програмним забезпеченням для відновлення даних втрачені файли можна повернути навіть із найскладнішої системи NAS.

Основні поняття NAS

NAS – це система зберігання, яка на ряду із накопичуванням даних спрямована на забезпечення доступу до них для пристроїв, підключених до мережі: комп'ютерів, портативних гаджетів та інших пристроїв. Ці системи працюють як невеличкі локальні сервери, що виконують файлові функції, не надаючи при цьому інших сервісів, таких як електронна пошта або аутентифікація.

Апаратна частина NAS охоплює материнську плату, процесор, оперативну пам'ять та від одного до декількох десятків жорстких дисків або твердотільних накопичувачів, які зазвичай розташовується у спеціальних відсіках всередині корпусу. Пристрій підключається до мережі за допомогою однієї або декількох мережевих інтерфейсних карт, а доступ до файлів забезпечується мережевими протоколами обміну файлами. Система зазвичай не має пристроїв введення-виведення та повністю управляється через мережевий інтерфейс.

Програмна частина NAS представлена спеціалізованою операційною системою, зазвичай урізаною Linux або BSD, що не призначена для запуску додатків загального призначення та поставляється разом із апаратним забезпеченням NAS. Деякі користувачі також налаштовують користувальницькі NAS, що працюють під управлінням TrueNAS (раніше FreeNAS) чи інших операційних систем на базі BSD або Linux.

Накопичувальна частина NAS, як вже було зазначено, представлена жорсткими дисками або твердотільними накопичувачами. Використання одного диска рідко зустрічається серед пристроїв NAS, тому зазвичай у корпусі присутні як мінімум два диска. Кілька накопичувачів часто організовані в єдину віртуальну систему RAID, що дозволяє збільшити швидкість роботи сховища та підвищити його надійність. Більшість виробників NAS, таких як Drobo, Synology, Iomega та Buffalo, пропонують програмні RAID як функцію вбудованої операційної системи, а інші, як Promise, можуть надавати апаратні масиви RAID.

На найвищому рівні об'єднане віртуальне сховище форматується за допомогою певної файлової системи – її тип зазвичай визначається виробником або іноді налаштуваннями пристрою NAS. Найбільш часто застосовуються Ext3, Ext4 та XFS спеціальних випусків Linux, однак існують також пристрої, які можуть використовувати Btrfs, наприклад, Synology NAS. Деякі виробники, такі як Adaptec, пропонують рішення на основі BSD (наприклад, SnapOS) та використовують користувальницькі версії файлової системи UFS. У той же час деякі виробники можуть застосовувати власні типи файлових систем, наприклад, KDDFS у WD My Cloud Home і WD My Cloud Home Duo компанії Western Digital. Користувальницькі NAS, наприклад, на базі TrueNAS (FreeNAS), також можуть використовувати різні версії файлової системи ZFS.

Підказка: Щоб дізнатися більше про файлові системи та їх типи, будь ласка, зверніться до основ файлових систем.

Організація даних

Більшість пристроїв NAS мають типову структуру організації даних. Однак фактичне розташування інформації залежить від постачальника та вбудованої конфігурації.

Типова структура сховища

Дані кожного диска, які становлять систему, розташовуються у наступних розділах:

• Завантажувальний розділ зберігає службову інформацію, необхідну для запуску вбудованої операційної системи NAS, і зазвичай займає до одного гігабайта;
• Розділ прошивки також містить технічні дані, пов'язані з прошивкою, такі як виконувані файли, конфігурації тощо. Такий розділ зазвичай займає до декількох гігабайт.
• Розділ підкачки використовується прошивкою для розширення оперативної пам'яті та зазвичай не перевищує 1 гігабайта.
• Один або кілька розділів даних займають решту дискового простору та служать для зберігання файлів користувача. Фактичний розмір та кількість таких розділів залежать від конфігурації NAS.

Схема розбиття диска на розділи зазвичай є стандартною MBR (DOS-стандарт), яка читається будь-яким програмним забезпеченням.

Конфігурація RAID та організація даних

Залежно від виробника NAS, моделі та конфігурації пристрою, інформація у розділах даних може бути організована одним із таких способів:

• RAID 5. Це найбільш поширена конфігурація RAID. На рівні RAID 5 дані розташовані у вигляді страйпів, розподілених по розділах даних всіх дисків (щонайменше трьох) разом із парністю – інформацією, за допомогою якої можна відтворити вміст у разі відмови одного з дисків. Стандартний розподіл парності обернено-динамічний (лівосиметричний). Розмір страйпу залежить від налаштувань (найчастіше зустрічається 64 КБ). Порядок дисків в RAID 5 може бути як послідовним (1-й диск NAS відповідає 1-му диску в RAID, 2-й диск NAS – 2-му диску в RAID і т.д.) або зворотним (останній диск NAS відповідає 1-му диску в RAID, передостанній диск NAS – 2-му диску в RAID і т. д.).
• RAID 1. Ця схема іноді використовується на 2-дискових мережевих накопичувачах для забезпечення максимальної відмовостійкості. У цій установці вміст одного диска дзеркально відображається на іншому, тому обидва диска завжди є точними копіями один одного. Якщо один із дисків виходить з ладу, дані все одно залишаються доступними на другому диску. Порядок дисків в RAID 1 не має значення.
• RAID 0. Ця конфігурація є найменш надійною через відсутність будь-якої надмірності, але може використовуватись на деяких NAS через її високу продуктивність та максимальне застосування дискового простору. Дані розташовані у вигляді єдиного набору страйпів, які рівномірно розподіляються по розділах даних усіх дисків без парності або дзеркального копіювання. Порядок дисків в RAID 0 послідовний: 1-й диск NAS відповідає 1-му диску в RAID, 2-й диск NAS – 2-му диску в RAID і т. д.
• RAID 6. Цей рівень RAID дуже схожий на RAID 5, однак для забезпечення подвійної надмірності зберігаються не один, а два типи інформації про парність. Обидва набори парності розподіляються окремо блоками по чотирьох або більше дисках та дозволяють масиву витримувати збій одного або навіть двох дисків.
• Специфічна технологія на основі RAID. Деякі постачальники пропонують власні реалізації RAID, що використовують пропрієтарні алгоритми та часто мають особливості LVM:
  • Synology Hybrid RAID (SHR), що підтримується у Synology NAS, будується на двох або більше дисках різної місткості. На кожному диску створюється одиниця розподілу, яка базується на розмірі найменшого диска; такі одиниці організовуються в один із стандартних рівнів RAID (рівень 1, 5 або 6, в залежності від кількості дисків та обраного рівня надмірності). "Хвости", що залишаються на дисках, розміри яких перевищують розмір найменшого диска, своєю чергою об'єднуються в інший масив RAID, який потім комбінується з першим RAID за допомогою Linux LVM, створюючи єдине віртуальне сховище.
  • Drobo BeyondRAID, який підтримують сховища Drobo, вимагає два або більше накопичувачів, які також можуть мати різну місткість. Однак така технологія є дуже складною навіть із точки зору RAID. Система збирається з численних масивів RAID розміром 64 КБ. Зсув компонентів у кожному масиві динамічно визначається системою, а також рівень RAID та розмір страйпу. Крім того, для забезпечення тонкого виділення весь простір розділяється на блоки по 4 КБ, які розкидаються по всіх дисках. Схема розміщення блоків відображається на спеціальній карті, втрата якої унеможливлює відтворення сховища.
  • RAID-Z підтримують користувальницькі рішення NAS під управлінням TrueNAS (FreeNAS). Масив створюється на пулі зберігання із файловою системою ZFS, який містить не менше трьох дисків. Використовувані алгоритми розподілу даних дуже схожі на стандартний RAID 5, проте розмір страйпів не фіксований та обирається системою виходячи з поточних потреб. Інформація про ширину кожного страйпу записується в метадані, пошкодження яких, швидше за все, завадить відтворенню сховища.

Інші можливі конфігурації:

• RAID 10 або RAID 0+1. Дзеркало з двох наборів страйпів RAID 0 або набір страйпів із двох дзеркал. Дані розташовані так само як і на RAID 0, але тільки один "Share" та обидва набори страйпів містять одну і ту ж інформацію.
• JBOD. Розділи даних об'єднуються для отримання максимальної місткості сховища. Інформація розподіляється по всіх розділах даних без будь-якої надмірності.

Підказка: Всі основні поняття, пов'язані з RAID, пояснюються в особливостях організації даних на RAID. Щоб дізнатися більше про конкретні технології NAS, такі як Drobo BeyondRAID та Synology Hybrid RAID, будь ласка, зверніться до відповідної статті.

• Окремі диски. На дисках NAS, які не об’єднані в RAID, кожен розділ даних базується на незалежній файловій системі.
• Шифрування. Деякі виробники NAS, такі як Synology, QNAP, Buffalo, Western Digital та інші, пропонують вбудовані можливості шифрування томів для захисту даних від несанкціонованого доступу із використанням однієї з існуючих технологій шифрування – в основному Linux LUKS. Доступ до даних зашифрованого пристрою NAS можливий тільки за умови, що користувач має правильний пароль (ключ шифрування) та критичні області сховища, що містять інформацію щодо шифрування, залишаються цілими.

Коли необхідне відновлення?

Завдяки своїм очевидним перевагам NAS стали невіддільною частиною повсякденної роботи домашніх користувачів та підприємств. Але попри підвищену надійність цих сховищ, вони не застраховані від проблем, що перешкоджають доступу до даних або навіть призводять до пошкодження сховища та втрати важливих файлів. До найбільш поширених причин втрати даних відносяться:

• Втрата посилання NAS;
• Офлайн-масив або "чотири червоних вогника";
• Пошкодження даних через збої в електропостачанні;
• Помилка прошивки або невдале завантаження;
• Відмова диска (дисків);
• Вихід з ладу контролера;
• Електричні або механічні пошкодження.

Помилки користувачів, що призводять до втрати даних, охоплюють:

• Некоректне оновлення вбудованого ПЗ та скидання вбудованих налаштувань RAID;
• Видалення файлів;
• Перебудова конфігурації RAID на живих даних та переформатування дисків.

Підготовка до відновлення данних

Якщо диски мають будь-які фізичні дефекти, викликані механічними, тепловими або електричними чинниками, настійно рекомендується відключити систему NAS та звернутися до спеціалізованої лабораторії для її діагностики та відновлення даних. Втім, якщо ви впевнені, що диски NAS не отримали жодних фізичних пошкоджень та залишаються справними, ви можете спробувати відновити дані самостійно, використовуючи наведені нижче рекомендації.

• Оскільки пристрої NAS не надають прямого низькорівневого доступу до дисків, а їх операційні системи не призначені для запуску утиліт для відновлення даних, процес відновлення включає в себе відкриття корпусу та підключення дисків NAS до комп'ютера.
• При вилученні накопичувачів рекомендується позначити їх порядок паперовими наклейками або м'яким чорнильним маркером, щоб мати потім змогу правильно зібрати сховище.
• Особливу увагу слід приділити вибору операційної системи, що використовується на комп'ютері, який служить хостом для відновлення даних. Будь ласка, керуйтеся рекомендаціями щодо вибору оптимальної операційної системи для відновлення із NAS.
• Файли, втрачені з NAS, можна легко повернути за допомогою ефективного програмного забезпечення для відновлення даних, здатного емулювати роботу RAID-контролера, реконструювати такі сховища та надавати доступ до файлових систем, розташованих на них. Для цієї мети SysDev Laboratories пропонує продукти UFS Explorer: UFS Explorer RAID Recovery було спеціально розроблено для опрацювання масивів RAID різних рівнів, в той час як UFS Explorer Professional Recovery уособлює професійний підхід до процесу відновлення даних. Програмне забезпечення підтримує широкий спектр програмних та апаратних RAID, від стандартних (RAID 0, RAID 1, RAID 1E, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6) і комбінованих рівнів (RAID 0+1, RAID 10, RAID 50, RAID 51, etc.) до специфічних технологій RAID (Drobo BeyondRAID, Synology Hybrid RAID, ZFS RAID-Z, Btrfs-RAID). Крім того, програми працюють із цілим спектром файлових систем, що зустрічаються в сучасних NAS, у тому числі Ext2, Ext3, Ext4, XFS, UFS, ZFS, Btrfs і навіть пропрієтарним форматом KDDFS, на ряду з різними технологіями шифрування.

Підказка: Для отримання докладної інформації про підтримувані технології, будь ласка, зверніться до технічних характеристик відповідного програмного продукту.

Програмне забезпечення зчитує метадані RAID, присутні на дисках-компонентах, та використовує їх для відтворення масиву у віртуальному режимі. Однак у разі серйозного пошкодження метаданих для складання сховища можуть знадобитися наступні деталі:

• Рівень RAID;
• Порядок дисків-членів RAID (крім RAID 1);
• Розмір страйпу (за винятком RAID 1);
• Розподіл парності та інші параметри (якщо застосовуються).

Загальна процедура крок за кроком пояснюється в універсальному посібнику щодо відновлення із NAS. Утім, для систем NAS, що застосовують специфічні технології зберігання, слід також звернутися до наступних ресурсів, оскільки їх опрацювання може вимагати додаткових інструкцій:

• Drobo NAS на базі BeyondRAID;
• NAS із простою файловою системою ZFS та NAS із RAID-Z;
• NAS зашифрований за допомогою Linux LUKS;
• NAS із використанням тонкого виділення.

Останнє оновлення: 03 серпня 2022

Якщо вам сподобалася ця стаття, поділіться нею у соцмережах: