NAS (Network Attached Storage) là thiết bị lưu trữ gắn vào mạng, chuyên làm một việc: cung cấp thư mục dùng chung cho nhiều người qua mạng LAN, thường chứa nhiều ổ đĩa ghép lại bằng RAID để một ổ hỏng không làm mất dữ liệu. Với văn phòng làm việc nhiều với tệp lớn như bản vẽ, ảnh, video, hồ sơ quét, NAS là cách rẻ và nhanh để có kho tệp tập trung thay vì dữ liệu nằm rải rác trên máy từng người.
Điều cần hiểu ngay từ đầu: RAID giúp hệ thống tiếp tục chạy khi ổ hỏng, nhưng không phải sao lưu. Xoá nhầm, mã độc mã hoá, lỗi bộ điều khiển, cháy nổ đều làm mất dữ liệu trên mọi ổ trong mảng cùng lúc. Bài viết giải thích các mức RAID thông dụng, rủi ro khi dựng lại mảng, vai trò của snapshot, và cách tổ chức NAS trong văn phòng.
NAS, máy chủ tệp và ổ lưu trữ đám mây
Ba cách tổ chức kho tệp chung có điểm mạnh khác nhau. Nhiều văn phòng kết hợp: NAS cho tệp lớn làm việc hằng ngày, đám mây cho chia sẻ ra ngoài và làm việc từ xa.
| Tiêu chí | NAS | Máy chủ tệp (file server) | Ổ lưu trữ đám mây |
|---|---|---|---|
| Bản chất | Thiết bị chuyên dụng, hệ điều hành gọn của hãng | Máy chủ đa năng cài hệ điều hành máy chủ, chạy thêm vai trò chia sẻ tệp | Dịch vụ thuê bao, dữ liệu ở trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp |
| Tốc độ trong văn phòng | Nhanh, theo tốc độ mạng LAN | Nhanh | Phụ thuộc đường truyền Internet |
| Làm việc từ xa | Cần VPN hoặc dịch vụ truy cập từ xa của hãng | Cần VPN | Tự nhiên, mọi nơi |
| Tích hợp tài khoản doanh nghiệp | Hỗ trợ kết nối thư mục tài khoản tập trung ở mức khác nhau | Tích hợp sâu, phân quyền chi tiết | Theo tài khoản của dịch vụ |
| Chi phí | Đầu tư một lần cho thiết bị và ổ đĩa | Cao hơn: máy chủ, bản quyền, quản trị | Phí định kỳ theo người hoặc dung lượng |
| Người quản trị | Ít kỹ năng hơn, giao diện web | Cần kỹ năng quản trị hệ thống | Ít việc hạ tầng, nhiều việc phân quyền chia sẻ |
Văn phòng kiến trúc mở tệp bản vẽ vài trăm megabyte hằng chục lần mỗi ngày sẽ thấy khác biệt rõ giữa NAS trong mạng LAN và ổ đám mây qua Internet. Ngược lại, công ty nhân viên làm việc phân tán, tệp nhỏ, cần chia sẻ với khách hàng thì ổ đám mây tiện hơn. Câu hỏi quyết định là kích thước tệp và nơi người dùng ngồi.
RAID hoạt động thế nào: phản chiếu, chia dải và chẵn lẻ
Khái niệm RAID được trình bày có hệ thống lần đầu trong bài báo năm 1988 của David Patterson, Garth Gibson và Randy Katz tại Đại học California, Berkeley, với ý tưởng ghép nhiều ổ đĩa rẻ thành một khối có hiệu năng và độ tin cậy cao. Ba kỹ thuật cơ bản tạo nên các mức RAID.
Phản chiếu (mirroring): ghi cùng dữ liệu lên hai ổ; một ổ hỏng, ổ kia vẫn đủ dữ liệu. Chia dải (striping): chia dữ liệu thành các khối và rải đều trên nhiều ổ để đọc ghi song song, tăng tốc độ nhưng tự nó không có khả năng chịu lỗi. Chẵn lẻ (parity): tính một khối kiểm tra từ các khối dữ liệu, thường bằng phép XOR; khi một ổ mất, dữ liệu trên ổ đó được tính lại từ các ổ còn lại và khối chẵn lẻ.
Từ ba kỹ thuật này, RAID 0 chỉ chia dải (nhanh, mất một ổ là mất hết); RAID 1 phản chiếu; RAID 5 chia dải kèm một khối chẵn lẻ phân tán, chịu được mất một ổ; RAID 6 có hai khối chẵn lẻ độc lập, chịu được mất hai ổ cùng lúc; RAID 10 phản chiếu từng cặp rồi chia dải giữa các cặp. Chẵn lẻ tiết kiệm dung lượng hơn phản chiếu, nhưng mỗi lần ghi phải đọc và tính lại chẵn lẻ, nên ghi ngẫu nhiên chậm hơn — nhược điểm được gọi là write penalty.
So sánh các mức RAID thông dụng
Ví dụ giả định dùng ổ 8 TB để minh hoạ dung lượng khả dụng. Dung lượng thực còn trừ thêm phần định dạng và hệ thống.
| Mức | Số ổ tối thiểu | Dung lượng khả dụng | Chịu lỗi | Hiệu năng | Ví dụ 4 ổ × 8 TB |
|---|---|---|---|---|---|
| RAID 1 | 2 | 1 ổ (một nửa) | 1 ổ trong cặp | Đọc tốt, ghi bằng một ổ | (2 ổ) 8 TB |
| RAID 5 | 3 | n − 1 ổ | 1 ổ bất kỳ | Đọc tốt, ghi ngẫu nhiên chậm hơn | 24 TB |
| RAID 6 | 4 | n − 2 ổ | 2 ổ bất kỳ | Ghi ngẫu nhiên chậm hơn RAID 5 | 16 TB |
| RAID 10 | 4 | n / 2 | 1 ổ mỗi cặp phản chiếu, tối thiểu 1 ổ | Đọc ghi đều tốt, dựng lại nhanh | 16 TB |
Với NAS văn phòng bốn đến tám khay dùng ổ dung lượng lớn, RAID 6 thường là lựa chọn cân bằng cho kho tệp, còn RAID 10 hợp với tải ghi ngẫu nhiên nhiều như máy ảo hoặc cơ sở dữ liệu. RAID 5 vẫn phổ biến vì tiết kiệm dung lượng, nhưng với ổ nhiều terabyte, rủi ro trong lúc dựng lại mảng là lý do nhiều chuyên gia khuyên tránh — chi tiết ở mục sau.
Dựng lại mảng: thời điểm nguy hiểm nhất
Khi một ổ hỏng, mảng chạy ở chế độ suy giảm. RAID 5 lúc này không còn khả năng chịu lỗi: thêm một ổ hỏng hoặc một vùng đọc lỗi là mất dữ liệu. Quá trình dựng lại phải đọc toàn bộ các ổ còn lại để tính ra ổ mới, với ổ nhiều terabyte có thể kéo dài nhiều giờ tới vài ngày, trong khi các ổ đang chịu tải nặng hơn bình thường.
Lập luận về lỗi đọc không phục hồi được. Thông số ổ đĩa thường ghi tỷ lệ lỗi đọc không phục hồi (URE), ví dụ một lỗi trên 10^14 bit với ổ phổ thông. Tính theo con số này, đọc vài chục terabyte trong lúc dựng lại có xác suất gặp lỗi đáng kể. Đây là lập luận phổ biến chống RAID 5 trên ổ lớn. Thực tế còn tranh luận: con số trên thông số là mức giới hạn bảo đảm, nhiều quan sát thực tế cho thấy tỷ lệ thấp hơn. Nhưng kết luận thận trọng vẫn đứng vững: với ổ lớn, nên có khả năng chịu hai lỗi.
Ổ cùng lô hỏng gần nhau. Các ổ mua cùng lúc, cùng lô sản xuất, chạy cùng tải và cùng nhiệt độ có xu hướng già đi giống nhau. Ổ thứ nhất hỏng là tín hiệu các ổ còn lại cũng đã qua quãng đời tương tự.
Ổ dự phòng nóng rút ngắn thời gian suy giảm. Một ổ dự phòng nóng (hot spare) gắn sẵn trong thiết bị tự động thay thế khi một ổ hỏng, bắt đầu dựng lại ngay mà không chờ người mua ổ mới. Với NAS đặt ở văn phòng không có người trực cuối tuần, đây là khoản đầu tư hợp lý.
Công nghệ ghi của ổ có ảnh hưởng. Ổ ghi từ chồng lớp (SMR) có hiệu năng ghi liên tục kém, từng gây tranh cãi khi được dùng trong ổ bán cho NAS vì làm quá trình dựng lại chậm bất thường hoặc thất bại. Nên chọn ổ được nhà sản xuất NAS xác nhận tương thích và dùng công nghệ ghi thông thường (CMR) cho mảng RAID.
RAID không phải sao lưu, và snapshot cũng chưa đủ
RAID bảo vệ trước đúng một loại sự cố: ổ đĩa hỏng phần cứng. Nó không bảo vệ trước những thứ phổ biến hơn nhiều: người dùng xoá nhầm thư mục (lệnh xoá được ghi ngay lên mọi ổ), mã độc mã hoá tệp (dữ liệu bị mã hoá được phản chiếu trung thành), lỗi bộ điều khiển hoặc lỗi phần mềm làm hỏng hệ thống tệp, trộm cắp, cháy, ngập. Một NAS RAID 6 đặt trong văn phòng bị ngập vẫn mất toàn bộ.
Snapshot là lớp bảo vệ hữu ích nằm giữa. Các hệ thống tệp sao chép khi ghi (copy-on-write) như Btrfs hay ZFS cho phép chụp trạng thái thư mục tại một thời điểm gần như tức thì và tốn ít dung lượng, vì chỉ lưu phần thay đổi. Người dùng xoá nhầm có thể tự khôi phục phiên bản của một giờ trước. Nhiều NAS cho phép đặt snapshot bất biến trong một khoảng thời gian, chống mã độc xoá snapshot.
Nhưng snapshot nằm trên cùng thiết bị, nên vẫn mất khi thiết bị hỏng nặng, bị đánh cắp hay cháy. Vì vậy NAS phải được sao lưu sang ít nhất một nơi khác — thiết bị thứ hai đặt ở địa điểm khác hoặc dịch vụ lưu trữ trên mây — với ít nhất một bản không thể bị sửa xoá từ mạng văn phòng. Chiến lược số bản và phương tiện sao lưu là chủ đề riêng; điều cần nhớ ở đây là NAS thường là nơi duy nhất chứa dữ liệu quan trọng nhất, nên càng cần được sao lưu chứ không phải được coi là bản sao lưu.
Triển khai NAS trong văn phòng: danh mục thực hành
Phần cứng chỉ là một nửa; cách tổ chức thư mục, phân quyền và vận hành quyết định NAS có giúp được ai không. Danh mục dưới đây áp dụng cho phần lớn văn phòng vừa và nhỏ:
- Cây thư mục theo phòng ban và dự án, không theo tên người; tách thư mục dùng chung toàn công ty, thư mục phòng ban, thư mục dự án có thời hạn.
- Phân quyền theo nhóm, không gán từng người: tạo nhóm Kế toán, Kỹ thuật, Kinh doanh rồi gán quyền cho nhóm. Người chuyển phòng chỉ cần đổi nhóm.
- Kết nối tài khoản tập trung nếu doanh nghiệp có hệ thống danh tính, để nhân viên nghỉ việc bị khoá ở một nơi là mất quyền mọi nơi.
- Không mở NAS trực tiếp ra Internet. Truy cập từ xa qua VPN. Đã có nhiều chiến dịch mã độc nhắm thẳng vào NAS mở cổng quản trị ra ngoài.
- Cập nhật phần mềm hệ thống của NAS định kỳ, tắt các dịch vụ không dùng, đổi tài khoản quản trị mặc định.
- Bật cảnh báo sức khoẻ ổ đĩa (thông số SMART), nhiệt độ, dung lượng và trạng thái mảng, gửi về người có trách nhiệm.
- Đặt thiết bị nơi có UPS và cấu hình tự tắt an toàn khi mất điện kéo dài; mất điện đột ngột lúc đang ghi là nguyên nhân phổ biến làm hỏng hệ thống tệp.
- Lên kế hoạch dung lượng: cảnh báo ở khoảng 80% đầy, vì hiệu năng và khả năng snapshot giảm khi gần đầy, và mở rộng mảng mất thời gian.
Ví dụ giả định: một văn phòng thiết kế 25 người dùng NAS sáu khay, RAID 6 với một ổ dự phòng nóng, snapshot mỗi giờ giữ bảy ngày, sao lưu hằng đêm sang thiết bị thứ hai đặt ở nhà xưởng và một bản trên dịch vụ lưu trữ đám mây có khoá bất biến. Chi phí ổ đĩa tăng thêm, nhưng ba lớp bảo vệ trả lời được ba câu hỏi khác nhau: ổ hỏng, người xoá nhầm, văn phòng gặp sự cố.
Câu hỏi thường gặp
NAS hai khay chạy RAID 1 có đủ cho văn phòng nhỏ không?
Đủ cho kho tệp vài người nếu dung lượng vừa và có sao lưu ra ngoài. RAID 1 đơn giản, dựng lại nhanh, một ổ vẫn đọc được trên máy khác ở nhiều hệ thống. Hạn chế là không mở rộng được nhiều và vẫn chỉ chịu được một ổ hỏng, nên sao lưu ngoài thiết bị là bắt buộc.
Có nên trộn ổ nhiều dung lượng khác nhau trong một mảng RAID?
RAID truyền thống tính theo ổ nhỏ nhất, phần dư của ổ lớn bị bỏ phí. Một số NAS có cơ chế RAID lai cho phép tận dụng ổ không đều. Tuy vậy, dùng ổ cùng dung lượng và cùng dòng sản phẩm vẫn là cách dễ dự đoán hiệu năng và quản lý nhất.
RAID phần cứng hay RAID phần mềm tốt hơn?
RAID phần cứng dùng card điều khiển riêng, có bộ nhớ đệm có pin bảo vệ, nhưng phụ thuộc card cùng loại khi card hỏng. RAID phần mềm và các hệ thống tệp như ZFS dựa vào CPU của máy, linh hoạt và kiểm tra toàn vẹn dữ liệu tốt. Với NAS văn phòng, RAID phần mềm tích hợp là tiêu chuẩn.
Bao lâu nên thay ổ đĩa trong NAS?
Không cần thay theo lịch cứng, nhưng theo dõi thông số SMART như số vùng hỏng được phân bổ lại, lỗi đọc chờ xử lý. Ổ bắt đầu tăng các chỉ số này nên thay chủ động. Nhiều doanh nghiệp lên kế hoạch thay toàn bộ ổ sau khoảng năm năm hoặc khi hết bảo hành, kết hợp tăng dung lượng.
SSD có nên dùng trong NAS văn phòng không?
SSD hợp làm bộ nhớ đệm hoặc cho tải nhiều thao tác nhỏ như máy ảo, cơ sở dữ liệu. Với kho tệp lớn, ổ cứng cơ vẫn rẻ hơn nhiều trên mỗi terabyte và đủ nhanh qua mạng gigabit. Mạng LAN thường là giới hạn trước khi ổ đĩa là giới hạn.
Mạng gigabit có đủ cho NAS không?
Một kết nối gigabit cho thông lượng thực khoảng hơn một trăm megabyte mỗi giây, đủ cho văn phòng làm tệp văn phòng. Nhóm dựng video hay thiết kế nặng nhiều người cùng mở tệp lớn có thể cần NAS và switch có cổng 2,5 hoặc 10 gigabit, hoặc gom nhiều cổng.