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Il NAS (Network Attached Storage) è un dispositivo informatico che nasce con l'idea di "mettere in rete" uno o più supporti di memoria, rendendoli accessibili a tutti i dispositivi su una rete locale.

In pratica, un NAS commerciale è un server con hardware ridotto e un sistema operativo dedicato.

Molti router domestici possono "fungere" da NAS minimale mettendo a disposizione una porta USB che permette di collegare un dispositivo di memoria esterno. I NAS a uso domestico permettono di installare da uno a quattro dischi (a seconda del modello) internamente al dispositivo.

Il mercato dei NAS è fondamentalmente un duopolio, dominato da due grandi costruttori: QNAP e Synology.

Storicamente, a parità di prezzo, QNAP offre hardware più performante mentre Synology ha un sistema operativo migliore, al punto che esiste un progetto (Xpenology) per usare il sistema operativo Synology (Disk Station Manager) su un NAS autocostruito.

Trattandosi di sistemi operativi "chiusi", avere un hardware migliore senza poterlo sfruttare bene non è molto ultile, motivo per cui mi accodo a chi consiglia Synology nell'eterna diatriba tra le due linee di prodotto.

Filesystem
Il filesystem è la componente software che mappa i settori "fisici" del supporto di memoria ad una struttura di file e directory.

Il filesystem è ciò che determina, per esempio:
- lunghezza dei nomi file
- caratteri ammessi nei nomi file
- massima dimensione dei file.

Storicamente, ogni sistema operativo ha sviluppato una propria dinastia di filesystem (Linux, per la verità, ne ha sempre supportati diversi):
- Windows: FAT16, FAT32, NTFS
- Mac: HFS, HFS+
- Linux: ext2, ext3, ext4, btrfs
- Solaris: ZFS

Il progetto dei filesystem è una vera e propria arte a sé nel campo delle scienze informatiche.

Alcuni filesystem come ZFS e btrfs implementano dei "checksum", sequenze di controllo che permettono di rilevare (e correggere, quando possibile) corruzioni di singoli bit nei file. Notare che in Windows, con NTFS, questo non è possibile: l'eventuale corruzione dei dati sarà "silenziosa".

I NAS sono quasi tutti basati su Linux e ad oggi usano per lo più ext4 o btrfs.

ZFS è uno dei filesystem più avanzati esistenti. Inizialmente sviluppato da Sun Microsystems su Solaris, è supportato da Linux ma non incluso di default nelle distribuzioni Linux per problemi di licenza. Si trova solo sui NAS di livello enterprise, ma è anche un'opzione per chi usa NAS autocostruiti con sistemi operativi come FreeNAS o TrueNAS.

btrfs è un filesystem moderno per Linux che implementa diverse caratteristiche prima esclusive di ZFS.

Quando si usa un NAS, questo presenta ai dispositivi "client" un'astrazione nella forma di "cartelle condivise" ("share") mediante un protocollo standard come può essere NFS (Unix) o SMB (Windows). Storicamente, Linux ha sempre funzionato ottimamente come server SMB grazie al software Samba.

In pratica, solo il NAS si cura del filesystem impiegato nei supporti di memoria, con cui i client non interagiscono mai direttamente. Può essere importante scegliere un filesystem che supporti i checksum.

Che io sappia, tra i prodotti di fascia domestica, solo Synology offre questa possibilità con btrfs.

RAID
Il RAID è un sistema che permette di combinare più dischi al fine di creare un supporto di memoria unico che fornisce alcune funzionalità avanzate:
- striping (scrittura dei dati alternata su dischi diversi per migliorare la velocità)
- mirroring (copia dei dati su due o più dischi in modo trasparente per ottenere la ridondanza)
- parity (memorizzazione di sequenze di controllo che permettono la ricostruzione dei dati in caso di perdita di un disco).

Storicamente si classificano le configurazioni raid in "livelli" (che "livelli" non sono perché non sempre si possono sovrapporre, né rappresentano una qualche forma evolutiva l'uno dell'altro):
- 0: striping
- 1: mirroring
- 3, 4, 5: striping + parity.

I livelli RAID 0 e 1 si possono realizzare a partire da due dischi. I sistemi con parity, di cui il comunemente utilizzato è il RAID5, a partire da quattro.

Un RAID5 con 4 dischi da 1 TB permette di usare 3 TB e sopporta la perdita di un disco (nel senso che permette di ricostruire i dati una volta sostituito il disco rotto). Tuttavia, se un secondo disco si rompe durante l'operazione di recupero (che è laboriosa, per il sistema) i dati non sono recuperabili.

Un RAID1 tradizionale con 4 dischi da 1 TB mantiene quattro copie diverse dei dati quindi offre solo 1 TB di capacità. Non molto efficiente.

Di norma il RAID è gestito a un livello software sottostante al filesystem, o da un dispositivo hardware dedicato. Alcuni filesystem come ZFS e btrfs integrano la gestione del RAID nelle proprie funzionalità.

Il filesystem btrfs permette un RAID1 in cui, indipendentemente dal numero di dischi, un blocco di dati viene tenuto sempre su almeno due dischi. In pratica con 4 dischi da 1 TB, il RAID1 di btrfs permette di usare 2 TB.

I livelli RAID standard sono concepiti per l'uso in server con un numero di dischi quasi sempre superiore al "minimo" per una data configurazione. I produttori di NAS possono offrire configurazioni RAID proprietarie, più adatte all'uso domestico.

Compatibilità dischi
I NAS commerciali hanno solitamente una lista di dischi compatibili. Questo non perché altri dischi siano inidonei in generale (certo, alcuni sono più consigliati di altri), ma perché ciò limita gli oneri di supporto per il costruttore.

I NAS autocostruiti non hanno alcun tipo di filtro, fintantoché c'è la compatibilità hardware.

In uno dei post precedenti, avevo consigliato tiepidamente Synology per la superiorità del software. Recentemente, l'azienda ha iniziato a imporre l'uso di dischi forniti dalla medesima su alcuni dei propri NAS. Questo si chiama in gergo "vendor lock-in". Se la tendenza sarà confermata, potrebbe essere il caso di evitare questo costruttore in futuro.

Autocostruire un NAS

Hardware
Un NAS autocostruito è fondamentalmente un PC su cui viene installato un software dedicato a fornire i tipici servizi che offre un NAS (gestione dischi e protocolli di condivisione come NFS o SMB).

Difficilmente i NAS autocostruiti raggiungono la stessa compattezza di quelli commerciali, che hanno hardware custom. Esistono però schede madri in formato mini-ITX (17 cm x 17 cm) e case di dimensioni contenute che permettono di ospitare quattro o più dischi. Esempi:
- Chenbro ES34169: tra i più compatti, con alimentazione integrata, ma il frontale in plastica è fragilino;
- Chenbro SR301: un po' più ingombrante, ma ottimo ed elegante.
- Inter-Tech propone anch'essa diversi modelli, alcuni hanno i caddy dei dischi esposti e un look più industriale (SC-4004), altri hanno uno sportellino (SC-4100)
- Jonsbo propone case particolarmente compatti e con layout originale. Il Jonsbo N1 permette di installare 5 dischi impilati sul lato più lungo del case, ma ho letto che finiscono per essere poco ventilati. Il Jonsbo N4 supporta addirittura 6 unità da 3.5" e 2 da 2.5".

Idealmente un buon NAS dovrebbe avere una o più ventole che estraggono aria dalla zona dischi, per evitare surriscaldamenti.

Riguardo alle schede madri, si può optare tranquillamente per una motherboard fanless basata su CPU Intel low-power di 12ma generazione e successive (come Intel N100). Alcune di queste permettono l'alimentazione esterna con un power brick da 19V, ma forse meglio optare per una soluzione con alimentazione ATX tradizionale (un alimentatore vi serve comunque per i dischi).

Su sistemi ad uso professionale si consiglia l'uso di memorie RAM ECC. In pratica, la RAM permette di rilevare e correggere errori tipicamente di singolo bit. Questo è importante perché se un dato si corrompe mentre "passa" in RAM, una volta scritto su disco non ci si accorge. La corruzione dei dati in RAM è molto rara, ma succede (è attribuita, tra le altre cose, agli effetti dei raggi cosmici sull'hardware). Alcuni filesystem come ZFS usano intensivamente la RAM come cache per i dati, quindi spesso si consiglia l'uso di RAM ECC con ZFS. La RAM ECC è ampiamente supportata da AMD anche su sistemi consumer, mentre Intel ne restringe l'uso solo su CPU e schede madri dedicate al mercato professionale (quindi meno diffuse e più costose).

In ambito domestico, specialmente se i dati sono scritti una volta e letti molte volte (come nel caso di un archivio multimediale), la ECC non è in genere troppo necessaria.

Il consumo di una soluzione autocostruita, per esperienza personale, si aggira intorno ai 20 W con i dischi in standby. Con un'opportuna scelta dell'hardware e un opportuno tuning, potrebbe essere ridotto a una decina di W. Un disco acceso in rotazione comune si prende da solo 4-5W di consumo.

Software
Uno dei primi sistemi operativi open source per NAS è stato FreeNAS, originariamente basato su FreeBSD (un kernel open source sempre Unix-like ma diverso da Linux).

Ad un certo punto lo sviluppo di FreeNAS si è biforcato:
- da un lato, OpenMediaVault è rimasto un progetto completamente volontario ed open source, basato non più su BSD ma su Linux Debian (fino ad oggi).
- dall'altro, FreeNAS è diventato TrueNAS sotto l'egida dell'azienda iXsystems. iXsystems ha mantenuto TrueNAS Core basato su BSD e sviluppato TrueNAS Scale basato su Linux. Lo sviluppo di TrueNAS Core è stato recentemente interrotto in favore di Scale.

Di base, TrueNAS rimane free/open source e liberamente installabile ma iXsystems fornisce anche servizi commerciali ad esso legati. L'interfaccia è molto accattivante ma anche pesantemente "brandizzata".

In sintesi, OpenMediaVault è un prodotto che appare un po' "casereccio" ma 100% scevro da logiche commerciali. TrueNAS è più rifinito e appare più professionale ma anche più legato a logiche commerciali.

Entrambe sono interfacce di configurazione di un sistema Linux, quindi l'affidabilità del "sottostante" non cambia. OpenMediaVault usa BTRFS ma supporta anche altri filesystem, TrueNAS usa esclusivamente ZFS.

Esistono altre soluzioni meno diffuse:
- Rockstor: sviluppato indipendentemente e basato unicamente su BTRFS. Anch'esso open source con alcuni servizi a pagamento (per esempio aggiornamenti più veloci).
- XPEnology: progetto "frankestein" che permette di installare il sistema operativo Synology su hardware comune;
- XigmaNAS: un'altra biforcazione di FreeNAS, che mantiene una filosofia free, un kernel BSD e il supporto ZFS. Meno popolare di altre.

Autocostruirsi e mantenersi un NAS richiede un po' di attitudine all'informatica. Se alcuni di questi software possono rendere facile la configurazione iniziale, potrebbero verificarsi situazioni che richiedono di lavorare molto con la linea di comando (specie sulle soluzioni basate su BTRFS).