ZFS－Sun 的最新文件系统（第 2 部分：易于管理且功能不断增强）第 1 部分：存储完整性、安全性及可伸缩性Amy Rich，2006 年 9 月
目录： 简介ZFS－Sun 的最新文件系统（第 1 部分：存储完整性、安全性及可伸缩性）是这个由两部分组成的系列专题的第一篇文章，其中介绍了 Sun 首创新文件系统的一些基本情况，并讨论了其数据完整性和安全性模型及其强大的可伸缩性。本文将重点介绍易管理性，包括实际使用演示和即将发布的一些精彩新功能。 ZFS 的完整性和可靠性非常杰出，性能卓越，安全性也很出众，但是，怎么才能让管理也轻松起来呢？作为系统管理员，我们往往需要不断摆弄文件系统，力求最充分地利用其全部性能。也许您已经发现了一种方法，就是在设置 VxVM 时不让第二个镜像成为可引导镜像，但这种方法颇为繁琐。如果能把一切都交给文件系统/卷管理器处理，完全不必去烦恼到底该怎么办，这样多好啊！您是幸运的。ZFS 工程师们已经为您考虑到这一点了。 基于对象的存储ZFS 全部采用基于对象的存储。卷管理器存储池的基础构件是 zpool - configures ZFS storage pools zpool create [-fn] [-R root] [-M mountpoint] pool vdev... zpool add [-fn] pool vdev... zpool list [-H] [-o field[,fi] [pool] ... zpool status [-xv] [pool] ... zpool destroy [-f] pool zpool iostat [-v] [pool] ... [interval [count]] zpool attach [-f] pool device new_device zpool detach pool device zpool replace [-f] pool device [new_device] zpool scrub [-s] pool ... zpool offline pool device ... zpool online pool device ... zpool export [-f] pool zpool import [-d dir] zpool import [-d dir] [-f] [-o options] [-R root] pool | id [newpool] zpool import [-d dir] [-f] [-a] 下面我们将进行一些实际操作。首先，通过对两个磁盘片进行镜像创建名为 # zpool create testpool mirror c0t0d0s5 c0t1d0s5
# zpool list
NAME SIZE USED AVAIL CAP HEALTH ALTROOT
testpool 7.94G 164K 7.94G 0% ONLINE -
# zpool status
pool: testpool
state: ONLINE
scrub: none requested
config:
NAME STATE READ WRITE CKSUM
testpool ONLINE 0 0 0
mirror ONLINE 0 0 0
c0t0d0s5 ONLINE 0 0 0
c0t1d0s5 ONLINE 0 0 0
我们无需使用 现在存储空间已经分配好了，可以开始建立文件系统。在 ZFS 中，文件系统是分层的，因此是很有用的管理控制点。可以对每个文件系统设置下列各项：大小、预留空间（为数据集及其后代保留的最小空间）、配额、压缩选项、备份及快照。例如，在起始目录服务器中，每人都有自己的文件系统，您可以将空间使用总量限制为 1 兆兆字节，并启用压缩。然后，便可确保特定 VIP 用户（或应用程序）始终有至少 1 千兆字节的可用空间，并每小时（通过 cron）进行快照。次要的用户可通过配额加以限制，每天才进行一次快照。 以下是 zfs create filesystem zfs create [-s] [-b blocksize] -V size volume zfs destroy [-rRf] filesystem|volume|snapshot zfs clone snapshot filesystem|volume zfs rename filesystem|volume|snapshot filesystem|volume|snapshot zfs snapshot filesystem@name|volume@name zfs rollback [-rRf] snapshot zfs list [-rH] [-o property[,property]...] [ -t type[,type]...][filesystem|volume|snapshot] ... zfs set property=value filesystem|volume... zfs get [-rHp] [-o field[,field]...] [-s source[,source]...]all | property[,property]... filesystem|volume|snapshot... zfs inherit [-r] property filesystem|volume... zfs mount zfs mount [-o options] [-O] -a zfs mount [-o options] [-O] filesystem zfs unmount [-f] -a zfs unmount [-f] [filesystem|mountpoint] zfs share -a zfs share filesystem zfs unshare [-f] -a zfs unshare [-f] [filesystem|mountpoint] zfs backup [-i snapshot] snapshot zfs restore [-vn ] filesystem|volume|snapshot zfs restore [-vn ] -d filesystem 下面我们在存储池 # zfs create testpool/testfs # zfs list NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT testpool 268K 7.88G 99K /testpool testpool/testfs 98.5K 7.88G 98.5K /testpool/testfs # zfs create testpool/testfs2 # zfs list NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT testpool 376K 7.88G 99.5K /testpool testpool/testfs 98.5K 7.88G 98.5K /testpool/testfs testpool/testfs2 98.5K 7.88G 98.5K /testpool/testfs2 # df -k Filesystem 1k-blocks Used Available Use% Mounted on /dev/md/dsk/d0 8262869 751774 7428467 10% / swap 11800800 784 11800016 1% /etc/svc/volatile /dev/md/dsk/d30 8262869 23616 8156625 1% /var swap 11800016 0 11800016 0% /tmp swap 11800040 24 11800016 1% /var/run testpool 8257771 100 8257672 1% /testpool testpool/testfs 8257770 99 8257672 1% /testpool/testfs testpool/testfs2 8257770 99 8257672 1% /testpool/testfs2 同样地，这项操作也只需要一个简单的命令就可完成。我们不必运行
可以看到，每个 ZFS 文件系统可以访问该存储池的所有资源。如果我们在 # zfs set mountpoint=/devel/testfs testpool/testfs # zfs create testpool/testfs/dir1 # zfs create testpool/testfs/dir2 # zfs create testpool/testfs/dir3 # df -k Filesystem 1k-blocks Used Available Use% Mounted on /dev/md/dsk/d0 8262869 751774 7428467 10% / swap 11800800 784 11800016 1% /etc/svc/volatile /dev/md/dsk/d30 8262869 23616 8156625 1% /var swap 11800016 0 11800016 0% /tmp swap 11800040 24 11800016 1% /var/run testpool 8257771 100 8257672 1% /testpool testpool/testfs2 8257770 99 8257672 1% /testpool/testfs2 testpool/testfs 16515535 99 16515437 1% /devel/testfs testpool/testfs/dir1 16515214 99 16515115 1% /devel/testfs/dir1 testpool/testfs/dir2 16515214 99 16515115 1% /devel/testfs/dir2 testpool/testfs/dir3 16515214 99 16515115 1% /devel/testfs/dir3 ZFS 会自动将 以下是设置文件系统某些属性的示例： # zfs set sharenfs=rw testpool/testfs# zfs compression=on testpool/testfs# zfs set quota=10g testpool/testfs/dir1（在逻辑上限制空间） # zfs set reservation=20g testpool/testfs/dir2（在逻辑上预先分配空间） 现在，如果用尽了存储池空间，需要增加容量，应该怎么办？只需通过 # zpool add testpool c0t0d0s6 c0t1d0s6 invalid vdev specification use '-f' to override the following errors: mismatched replication level: pool uses 2-way mirror and new vdev uses 1-way disk ZFS 非常聪明：它知道我之前的设备都是镜像，并发现我试图添加未经镜像的存储。如果我确实要这么做，可以像上面说的那样，通过 # zpool add testpool mirror c0t0d0s6 c0t1d0s6 # zfs list NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT testpool 396K 15.8G 99.5K /testpool testpool/testfs 98.5K 15.8G 98.5K /testpool/testfs testpool/testfs2 98.5K 15.8G 98.5K /testpool/testfs2 同样地，由于元数据是动态的，因此无需等待存储池调整大小或等待镜像重新同步，即可使用新的空间。此时，如果运行 # zpool status
pool: testpool
state: ONLINE
scrub: none requested
config:
NAME STATE READ WRITE CKSUM
testpool ONLINE 0 0 0
mirror ONLINE 0 0 0
c0t0d0s5 ONLINE 0 0 0
c0t1d0s5 ONLINE 0 0 0
mirror ONLINE 0 0 0
c0t0d0s6 ONLINE 0 0 0
c0t1d0s6 ONLINE 0 0 0
RAID-Z到现在为止，我们只了解了镜像存储。ZFS 还实现了另一种类型的 RAID，称之为 RAID-Z，它与 RAID-5 类似，但采用了可变条带宽度来消除 RAID-5 中称为“RAID-5 写入漏洞”的问题。在 RAID-5 中，写入是针对两个或更多独立设备进行的，奇偶块则作为每个条带的组件进行写入。由于这些写入并不是原子操作，因此数据和奇偶校验事务之间的电源故障可能导致数据损坏。 有些供应商试图通过奇偶校验区域日志记录（如脏区域日志记录，仅限奇偶校验磁盘）或电池供电的 NVRAM 来解决这个问题。在 NVRAM 解决方案中，数据被写入 NVRAM，随后数据和奇偶校验信息被写入磁盘，最后 NVRAM 被释放。NVRAM 非常昂贵，有时可能形成瓶颈。此外，停机三天后存储在 NVRAM 中的所有数据将丢失。在扩展的灾难恢复情形下，这种数据损失可能是无法接受的。 与 RAID-5 不同，所有 RAID-Z 写操作都是完整条带化写操作，也就是说写入到所有磁盘。这样，既没有读取-修改-写入开销，也没有 RAID-5 写入漏洞，又无需 NVRAM 硬件。如果想试着确定何时使用直接镜像以及何时使用 RAID-Z，可以看看 Roch Bourbonnais 的博客文章 When to (and not to) use RAID-Z。 文件系统快照和克隆现在，有些文件系统中有很多数据，如果用户（或系统管理员）不慎修改或删除了一些数据且需要恢复数据，这时该怎么办？如果使用备份磁带或磁盘，速度比较慢，而且最终用户操作起来也不方便。幸好，ZFS 具备快照功能（与其他存储供应商提供的快照功能一样），更可喜的是由于采用写复制体系结构，几乎没有任何开销。实际上，捕获快照有时比释放包含旧数据的块更快！ 在 ZFS 中，与 Network Appliance Inc. 的实现方式一样，只跟踪修改过的数据。可保留的快照数量仅受存储容量的限制。下面我们简单了解一下快照操作。在每个 ZFS 文件系统中都有一个 # cd /testpool/testfs2 # ls -al .zfs/snapshot total 0 dr-xr-xr-x 2 root root 2 Jun 29 17:18 . dr-xr-xr-x 3 root root 3 Jun 29 17:18 .. # cp /bin/sh /bin/tcsh /bin/ksh . # zfs snapshot testpool/testfs2@snap1 # ls -al .zfs/snapshot/snap1/ total 786 drwxr-xr-x 2 root sys 5 Jun 29 17:17 . dr-xr-xr-x 3 root root 3 Jun 29 17:19 .. -r-xr-xr-x 1 root other 238332 Jun 29 17:17 ksh -r-xr-xr-x 1 root other 113160 Jun 29 17:17 sh -r-xr-xr-x 1 root other 364176 Jun 29 17:17 tcsh # zfs list testpool/testfs2@snap1 NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT testpool/testfs2@snap1 0 - 882K - 如果删除 # rm ksh # ls -al total 514 drwxr-xr-x 2 root sys 4 Jun 29 17:24 . drwxr-xr-x 4 root sys 4 May 22 10:48 .. dr-xr-xr-x 3 root root 3 Jun 29 17:25 .zfs -r-xr-xr-x 1 root other 113160 Jun 29 17:17 sh -r-xr-xr-x 1 root other 364176 Jun 29 17:17 tcsh # cp .zfs/snapshot/snap1/ksh . # ls -al total 787 drwxr-xr-x 2 root sys 5 Jun 29 17:26 . drwxr-xr-x 4 root sys 4 May 22 10:48 .. dr-xr-xr-x 3 root root 3 Jun 29 17:27 .zfs -r-xr-xr-x 1 root other 238332 Jun 29 17:26 ksh -r-xr-xr-x 1 root other 113160 Jun 29 17:17 sh -r-xr-xr-x 1 root other 364176 Jun 29 17:17 tcsh 另一种选择是对整个文件系统执行回滚，使其与特定快照匹配： # rm ksh # cp /bin/bash . # ls -al total 515 drwxr-xr-x 2 root sys 5 Jun 29 17:28 . drwxr-xr-x 4 root sys 4 May 22 10:48 .. dr-xr-xr-x 3 root root 3 Jun 29 17:28 .zfs -r-xr-xr-x 1 root other 737148 Jun 29 17:28 bash -r-xr-xr-x 1 root other 113160 Jun 29 17:17 sh -r-xr-xr-x 1 root other 364176 Jun 29 17:17 tcsh # ls -al .zfs/snapshot/snap1/ total 786 drwxr-xr-x 2 root sys 5 Jun 29 17:19 . dr-xr-xr-x 3 root root 3 Jun 29 17:28 .. -r-xr-xr-x 1 root other 238332 Jun 29 17:19 ksh -r-xr-xr-x 1 root other 113160 Jun 29 17:17 sh -r-xr-xr-x 1 root other 364176 Jun 29 17:17 tcsh # cd / # zfs rollback testpool/testfs2@snap1 # ls -al /testpool/testfs2/ total 787 drwxr-xr-x 2 root sys 5 Jun 29 17:19 . drwxr-xr-x 4 root sys 4 Jun 29 17:29 .. dr-xr-xr-x 3 root root 3 Jun 29 17:29 .zfs -r-xr-xr-x 1 root other 238332 Jun 29 17:19 ksh -r-xr-xr-x 1 root other 113160 Jun 29 17:17 sh -r-xr-xr-x 1 root other 364176 Jun 29 17:17 tcsh 如果不再需要某个快照，可以通过
# zfs destroy testpool/testfs2@snap1 # ls -al testpool/testfs2/.zfs/snapshot/ total 0 dr-xr-xr-x 2 root root 2 Jun 29 17:31 . dr-xr-xr-x 3 root root 3 Jun 29 17:31 .. 这里有一个小窍门，按日期命名快照以简化跟踪通常很有用。 还有一个与快照类似的有用功能是克隆。与快照不同的是，克隆的文件可以进行修改和写入。如果您的数据集几乎但不完全相同，这个功能通常很有用处。引导无盘客户机的服务器就是一个例子。在下面这个示例中，我将为第一个无盘客户机安装文件系统，捕获快照，对快照进行克隆，然后对克隆文件之一进行修改： # zfs create testpool/diskless/nevada （在 testpool/diskless/nevada 中创建可引导的文件系统）# zfs create testpool/diskless/sb2500 # zfs snapshot testpool/diskless/nevada@snap1 # zfs clone testpool/diskless/nevada@snap1 \ testpool/diskless/sb2500/nevada # vi /testpool/diskless/sb2500/nevada/etc/hosts （将主机名更改为 sb2500 并保存） 自动字节存储顺序自适应与 UFS 相同，SPARC 和 x64 硬件均支持 ZFS。与 UFS 不同的是，可以将数据磁盘从一个体系结构中拆除，然后添加到另一个体系结构中，而无需考虑格式或字节存储顺序问题。从 SPARC 处理器上运行的系统中拆除一个数据磁盘，再安装到 x64 系统中，这个过程目前是完全透明的。Sun 将之称为自动字节存储顺序自适应。 从磁盘读取块时，ZFS 会检查字节存储顺序。如果其字节存储顺序与当前体系结构匹配，则不进行任何更改。如果不匹配，则 ZFS 在显示数据之前对文件进行字节交换，然后以自己的本机字节存储顺序写回该块。因此，虽然访问非本机块时会出现一些开销，但这很少发生，因为这些块会按新计算机本机字节存储顺序重写。请注意，字节存储顺序转换只适用于 ZFS 元数据块，而非用户数据。 如果要将数据磁盘从一台计算机迁移到另一台计算机，首先要将该物理介质上的所有存储池导出，将磁盘拆离，安装到新计算机，然后导入存储池：
在导出过程中，大小、配额、预留空间、NFS 可导出性等所有文件系统元数据将得以保存，磁盘和存储池在逻辑上从系统中删除。在新计算机上导入数据时，可以指定特定存储池，也可以直接运行上面所述的 不断增强的 ZFS如您所见，ZFS 中提供了大量可节省时间和资金的功能。但从任何方面而言，此项目并未就此完结。很多更加精彩的功能正呼之欲出。 ZFS 最热门的话题之一就是可引导的 ZFS，目前这个子项目正在 OpenSolaris 下进行。目前，富有冒险精神的用户可以根据 Tabriz Leman 有关 ZFS Mountroot 的博客文章中的指导，使用 UFS shim 引导至 x64 上的 ZFS 根文件系统。Sun 已讨论过通过让 SPARC OBP 使用 GRUB 作为引导装载程序，从而尽快为基于 SPARC 技术运行的计算机添加 ZFS 可引导性。 Jeff Bonwick 在 zfs-discuss 列表中的留言 "[zfs-discuss] Re: Re: Bootable ZFS and Live upgrade" 中对 ZFS 引导也进行了讨论。 很多人已经在使用 ZFS 快照来执行对其文件系统的快捷但粗劣的备份，但很有可能快照和实际商业备份软件之间将更紧密地集成。有关快照工作原理的代码级讨论，请参见 Matthew Ahrens 有关快照的博客文章。 根据 Eric Schrock 在其 zfs-discuss 上有关可引导的 ZFS 和 Live Upgrade 的留言中透露的信息，已有计划通过 ZFS 克隆来支持 LiveUpgrade。为实现这一目标，必须首先修改安装和升级工具，并为 ZFS 添加 ZFS 还致力于网络和物理介质上的安全性。OpenSolaris 中的 ZFS 磁盘加密支持项目目前正在进行，以便为 ZFS 提供盘上加密和解密以及密钥管理支持。Darren Moffat 为 opensolaris.org 撰写了一篇 zfs-crypto-project 文档草稿，对这项计划实现的各个方面进行了详细介绍。该项目的目的在于保护 SAN 通过不可信路径提供的数据，在物理存储器遭窃后保护数据，以及提供一个安全删除机制。 ZFS 加密文件系统密钥的破坏就是一种安全删除，一旦没有了密钥，就无法再检索数据。在即将出炉的其他安全功能中，符合 DOD 标准的安全删除也是其中之一。在这个方案中，一旦块被释放，就会被多次覆写。 要随时了解其他信息，请访问 opensolaris.org Web 站点订阅 zfs-discuss 或 zfs-code 邮件列表。 资源
除非另行说明，否则此处所有技术手册（包括文章、常见问题解答和样例）中的代码都按此许可提供。 |
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