21.2. Z 文件系统 (ZFS)
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## 21.2. Z 文件系统 (ZFS)

Z 文件系统是由 Sun™ 开发使用存储池方法的新技术。 这就是说只有在需要存储数据的时候空间才会被使用。 它也为保护数据最大完整性而设计的，支持数据快照， 多份拷贝和数据校验。增加了被称为 RAID-Z 的新的数据复制类型。RAID-Z 是种类似于 RAID5类型, 但被设计成防止写入漏洞。

### 21.2.1. 调整 ZFS

ZFS 子系统需利用到大量的系统资源， 所以可能需要一些调校来为日常应用提供最大化的效能。 作为 FreeBSD 的一项试验性的特性，这可能在不久的将来有所变化； 无论如何，下面的这些步骤是我们推荐的：

#### 21.2.1.1. 内存

总共的系统内存至少应有 1GB，推荐 2GB 或者更多。 在此处所有的例子中，我们使用了 1GB 内存的系统并配合了一些恰当的调校。

有些人在少于 1GB 内存的环境有幸正常使用， 但是在这样有限的物理内存的条件下，当系统的负载很高时， FreeBSD 极有可能因于内存耗尽而崩溃。

#### 21.2.1.2. 内核配置

我们建议把未使用的驱动和选项从内核配置文件中去除。 既然大部份的驱动都有以模块的形式存在，它们就可以很容易的通过 `/boot/loader.conf` 加载。

i386™ 构架的用户应在内核配置文件中加入以下的选项， 重新编译内核并重启机器：

options KVA_PAGES=512

这个选项将扩展内核的地址空间， 因而允许 `vm.kvm_size` 能够超越 1 GB 的限制(PAE为 2 GB)。 为了找出这个选项最合适的值， 把以兆(MB)为单位所需的地址空间除以 4 得到。 在这个例子中，`512` 则为 2 GB。

#### 21.2.1.3. Loader 可调参数

所有构架上 FreeBSD 都应该加大 `kmem` 地址空间。在有 1GB 物理内存的测试系统上，在 `/boot/loader.conf` 中加入如下的参数并且重启后通过了测试。

vm.kmem_size="330M" vm.kmem_size_max="330M" vfs.zfs.arc_max="40M" vfs.zfs.vdev.cache.size="5M"

更多 ZFS 相关推荐调校的细节请参阅 http://wiki.freebsd.org/ZFSTuningGuide.

### 21.2.2. 使用 ZFS

FreeBSD 有一种启动机制能在系统初始化时挂载 ZFS 存储池。 可以通过以下的命令设置：

`#` `echo 'zfs_enable="YES"' >> /etc/rc.conf` `#` `/etc/rc.d/zfs start`

这份文档剩余的部分假定系统中有 3 块 SCSI 磁盘可用， 它们的设备名分别为 ``da0``， ``da1`` 和 ``da2``。 IDE 硬件的用户可以使用 ``ad`` 代替 SCSI。

#### 21.2.2.1. 单个磁盘存储池

在单个磁盘上创建一个简单， 非冗余的 ZFS， 使用 `zpool` 命令：

`#` `zpool create example /dev/da0`

可以通过 `df` 的输出查看新的存储池：

`#` `df` Filesystem 1K-blocks Used Avail Capacity Mounted on /dev/ad0s1a 2026030 235230 1628718 13% / devfs 1 1 0 100% /dev /dev/ad0s1d 54098308 1032846 48737598 2% /usr example 17547136 0 17547136 0% /example

这份输出清楚的表明了 `example` 存储池不仅创建成功而且被 挂载 了。 我们能像访问普通的文件系统那样访问它， 就像以下例子中演示的那样，用户能够在上面创建文件并浏览：

`#` `cd /example` `#` `ls` `#` `touch testfile` `#` `ls -al` total 4 drwxr-xr-x 2 root wheel 3 Aug 29 23:15 . drwxr-xr-x 21 root wheel 512 Aug 29 23:12 .. -rw-r--r-- 1 root wheel 0 Aug 29 23:15 testfile

遗憾的是这个存储池并没有利用到 ZFS 的任何特性。 在这个存储池上创建一个文件系统，并启用压缩：

`#` `zfs create example/compressed` `#` `zfs set compression=gzip example/compressed`

现在 `example/compressed` 是一个启用了压缩的 ZFS 文件系统了。 可以尝试复制一些大的文件到 `/example/compressed`。

使用这个命令可以禁用压缩：

`#` `zfs set compression=off example/compressed`

使用如下的命令卸载这个文件系统，并用 `df` 工具确认：

`#` `zfs umount example/compressed` `#` `df` Filesystem 1K-blocks Used Avail Capacity Mounted on /dev/ad0s1a 2026030 235232 1628716 13% / devfs 1 1 0 100% /dev /dev/ad0s1d 54098308 1032864 48737580 2% /usr example 17547008 0 17547008 0% /example

重新挂在这个文件系统使之能被访问， 并用 `df` 确认：

`#` `zfs mount example/compressed` `#` `df` Filesystem 1K-blocks Used Avail Capacity Mounted on /dev/ad0s1a 2026030 235234 1628714 13% / devfs 1 1 0 100% /dev /dev/ad0s1d 54098308 1032864 48737580 2% /usr example 17547008 0 17547008 0% /example example/compressed 17547008 0 17547008 0% /example/compressed

存储池与文件系统也可通过 `mount` 的输出查看：

`#` `mount` /dev/ad0s1a on / (ufs, local) devfs on /dev (devfs, local) /dev/ad0s1d on /usr (ufs, local, soft-updates) example on /example (zfs, local) example/data on /example/data (zfs, local) example/compressed on /example/compressed (zfs, local)

正如前面所提到的，ZFS 文件系统， 在创建之后就能像普通的文件系统那样使用。然而， 还有很多其他的特性是可用的。在下面的例子中， 我们将创建一个新的文件系统，`data`。 并要在上面存储些重要的文件， 所以文件系统需要被设置成把每一个数据块都保存两份拷贝：

`#` `zfs create example/data` `#` `zfs set copies=2 example/data`

现在可以再次使用 `df` 查看数据和空间的使用状况：

`#` `df` Filesystem 1K-blocks Used Avail Capacity Mounted on /dev/ad0s1a 2026030 235234 1628714 13% / devfs 1 1 0 100% /dev /dev/ad0s1d 54098308 1032864 48737580 2% /usr example 17547008 0 17547008 0% /example example/compressed 17547008 0 17547008 0% /example/compressed example/data 17547008 0 17547008 0% /example/data

请注意存储池上的每一个文件系统都有着相同数量的可用空间。 这就是我们在这些例子中使用 `df` 的原因， 是为了文件系统都是从相同的存储池取得它们所需的空间。 ZFS 去掉了诸如卷和分区此类的概念， 并允许多个文件系统占用同一个存储池。 不再需要文件系统与存储池的时候能像这样销毁它们：

`#` `zfs destroy example/compressed` `#` `zfs destroy example/data` `#` `zpool destroy example`

磁盘无法避免的会坏掉和停止运转。 当这块磁盘坏掉的时候，上面的数据都将丢失。 一个避免因磁盘损坏而丢失数据的方法是使用 RAID。ZFS 在它的存储池设计中支持这样的特性， 这便是下一节将探讨的。

#### 21.2.2.2. ZFS RAID-Z

正如前文中所提到的，这一章节将假设存在 3 个 SCSI 设备， `da0`， `da1` 和 `da2` (或者 `ad0` 和超出此例使用了 IDE 磁盘)。 使用如下的命令创建一个 RAID-Z 存储池:

`#` `zpool create storage raidz da0 da1 da2`

### 注意:

Sun™ 推荐在一个 RAID-Z 配置中使用的磁盘数量为 3 至 9 块。 如果你要求在单独的一个存储池中使用 10 块或更多的磁盘， 请考虑分拆成更小 RAID-z 组。 如果你只有 2 块磁盘， 并仍然需要冗余， 请考虑使用 ZFS 的 mirror 特性。 更多细节请参考 zpool(8) 手册页。

zpool `storage` 至此就创建好了。 可以如前文提到的那样使用 mount(8) 和 df(1) 确认。 如需配给更多的磁盘设备则把它们加这个列表的后面。 在存储池上创建一个叫 `home` 的文件系统， 用户的文件最终都将被保存在上面：

`#` `zfs create storage/home`

像前文中提到的那样，用户的目录与文件也可启用压缩并保存多份拷贝， 可通过如下的命令完成：

`#` `zfs set copies=2 storage/home` `#` `zfs set compression=gzip storage/home`

把用户的数据都拷贝过来并创建一个符号链接， 让他们开始使用这个新的目录：

`#` `cp -rp /home/* /storage/home` `#` `rm -rf /home /usr/home` `#` `ln -s /storage/home /home` `#` `ln -s /storage/home /usr/home`

现在用户的数据应该都保存在新创建的 `/storage/home` 上了。 测试添加一个新用户并以这个身份登录。

尝试创建一个可日后用来回退的快照：

`#` `zfs snapshot storage/home@08-30-08`

请注意快照选项将只会抓取一个真实的文件系统， 而不是某个用户目录或文件。`@` 字符为文件系统名或卷名的分隔符。 当用户目录被损坏时，可用如下命令恢复：

`#` `zfs rollback storage/home@08-30-08`

获得所有可用快照的列表，可使用 `ls` 命令查看文件系统的 `.zfs/snapshot` 目录。例如，执行如下命令来查看之前抓取的快照：

`#` `ls /storage/home/.zfs/snapshot`

可以编写一个脚本来每月定期抓取用户数据的快照，久而久之， 快照可能消耗掉大量的磁盘空间。 之前创建的快照可用以下命令删除：

`#` `zfs destroy storage/home@08-30-08`

在所有这些测试之后，我们没有理由再把 `/store/home` 这样放置了。让它称为真正的 `/home` 文件系统：

`#` `zfs set mountpoint=/home storage/home`

使用 `df` 和 `mount` 命令将显示现在系统把我们的文件系统真正当作了 `/home`：

`#` `mount` /dev/ad0s1a on / (ufs, local) devfs on /dev (devfs, local) /dev/ad0s1d on /usr (ufs, local, soft-updates) storage on /storage (zfs, local) storage/home on /home (zfs, local) `#` `df` Filesystem 1K-blocks Used Avail Capacity Mounted on /dev/ad0s1a 2026030 235240 1628708 13% / devfs 1 1 0 100% /dev /dev/ad0s1d 54098308 1032826 48737618 2% /usr storage 26320512 0 26320512 0% /storage storage/home 26320512 0 26320512 0% /home

这样就基本完成了 RAID-Z 的配置了。使用夜间 periodic(8) 获取有关文件系统创建之类的状态更新， 执行如下的命令：

`#` `echo 'daily_status_zfs_enable="YES"' >> /etc/periodic.conf`

#### 21.2.2.3. 修复 RAID-Z

每一种软 RAID 都有监测它们 `状态` 的方法。 ZFS 也不例外。 可以使用如下的命令查看 RAID-Z 设备：

`#` `zpool status -x`

如果所有的存储池处于健康状态并且一切正常的话， 将返回如下信息：

all pools are healthy

如果存在问题，可能是一个磁盘设备下线了， 那么返回的存储池的状态将看上去是类似这个样子的：

pool: storage state: DEGRADED status: One or more devices has been taken offline by the administrator. Sufficient replicas exist for the pool to continue functioning in a degraded state. action: Online the device using 'zpool online' or replace the device with 'zpool replace'. scrub: none requested config: NAME STATE READ WRITE CKSUM storage DEGRADED 0 0 0 raidz1 DEGRADED 0 0 0 da0 ONLINE 0 0 0 da1 OFFLINE 0 0 0 da2 ONLINE 0 0 0 errors: No known data errors

在这个例子中，这是由管理员把此设备下线后的状态。 可以使用如下的命令将磁盘下线：

`#` `zpool offline storage da1`

现在切断系统电源之后就可以替换下 `da1` 了。 当系统再次上线时，使用如下的命令替换磁盘：

`#` `zpool replace storage da1`

至此可用不带 `-x` 标志的命令再次检查状态：

`#` `zpool status storage` pool: storage state: ONLINE scrub: resilver completed with 0 errors on Sat Aug 30 19:44:11 2008 config: NAME STATE READ WRITE CKSUM storage ONLINE 0 0 0 raidz1 ONLINE 0 0 0 da0 ONLINE 0 0 0 da1 ONLINE 0 0 0 da2 ONLINE 0 0 0 errors: No known data errors

在这个例子中，一切都显示正常。

#### 21.2.2.4. 数据校验

正如前面所提到的，ZFS 使用 `校验和`(checksum) 来检查存储数据的完整性。 这时在文件系统创建时自动启用的，可使用以下的命令禁用：

`#` `zfs set checksum=off storage/home`

这不是个明智的选择，因为校验和 不仅非常有用而且只需占用少量的存储空间。 并且启用它们也不会明显的消耗过多资源。 启用后就可以让 ZFS 使用校验和校验来检查数据的完整。 这个过程通常称为 “scrubbing”。 可以使用以下的命令检查 `storage` 存储池里数据的完整性：

`#` `zpool scrub storage`

这个过程需花费相当长的时间，取决于存储的数据量。 而且 I/O 非常密集， 所以在任何时间只能执行一个这样的操作。 在 scrub 完成之后，状态就会被更新， 可使用如下的命令查看：

`#` `zpool status storage` pool: storage state: ONLINE scrub: scrub completed with 0 errors on Sat Aug 30 19:57:37 2008 config: NAME STATE READ WRITE CKSUM storage ONLINE 0 0 0 raidz1 ONLINE 0 0 0 da0 ONLINE 0 0 0 da1 ONLINE 0 0 0 da2 ONLINE 0 0 0 errors: No known data errors

这个例子中完成时间非常的清楚。 这个特性可以帮助你在很长的一段时间内确保数据的完整。

Z 文件系统有更多的选项，请参阅 zfs(8) 和 zpool(8) 手册页。

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