# ZFS 池破坏实验 * 原文：[ZFS プールを 壊 してみた](https://qiita.com/belgianbeer/items/477de8ddc64787442c0b) * 作者：みんみん * 最后更新于 2022-12-08 ## 引言 ZFS 文件系统本身就内置了校验和机制，在读取数据时会实时检查校验和与数据的完整性，确保数据没有损坏。 执行命令 `zpool scrub` 后，会读取所有已写入的数据部分并与校验和进行一致性检查。如果在 scrub 过程中发现了错误，在具有冗余结构（如镜像或 RAID-Z 等）的情况下，错误会被自动修复。 在这里，我们将实验性地修改 ZFS 管理范围外的数据，故意制造校验和不一致的情况，以引发数据错误。 本实验在 FreeBSD 上进行，但如果是在 Ubuntu 等 Linux 系统上的 ZFS，虽然分区创建和磁盘设备名称可能会有所不同，但 ZFS 操作的命令是相同的。 ## 为实验磁盘创建分区 首先，创建实验用的 ZFS 池。我们将在 USB 磁盘 da1 上进行实验。 准备一块带 GPT 标签的磁盘。 ```sh $ gpart create -s gpt da1 ``` 创建一个 4GB 的分区。 ```sh $ gpart add -t freebsd-zfs -a 4k -s 4g -l ttt da1 ``` 检查创建的分区。 ```sh $ gpart show da1 => 40 312581728 da1 GPT (149G) 40 8388608 1 freebsd-zfs (4.0G) 8388648 304193120 - free - (145G) $ gpart show -l da1 => 40 312581728 da1 GPT (149G) 40 8388608 1 ttt (4.0G) 8388648 304193120 - free - (145G) ``` ## 创建 ZFS 池 通常情况下，为了节省磁盘空间，当创建 ZFS 池时会使用 `-O compression=lz4` 等选项启用压缩功能，但本次实验为了写入零数据而没有启用压缩选项。因为启用压缩后，数据压缩会导致数据大小无法被实际写入。 ```sh $ zpool create -O atime=off ztest gpt/ttt ``` 检查创建的 ZFS 池。 ```sh $ zpool status ztest pool: ztest state: ONLINE config: NAME STATE READ WRITE CKSUM ztest ONLINE 0 0 0 gpt/ttt ONLINE 0 0 0 errors: No known data errors ``` ## 写入虚拟数据 Scrub 只会检查已经写入的数据部分的完整性。为了破坏已写入的数据，我们将首先创建一个内容为零的文件。 进入 ZFS 池内的目录。 ```sh $ cd /ztest ``` 使用 `dd` 命令从 `/dev/zero` 读取虚拟数据（即零数据）并填充整个池。 ```sh $ dd if=/dev/zero of=dummy bs=4m dd: dummy: No space left on device 928+0 records in 927+1 records out 3891134464 bytes transferred in 157.300331 secs (24736976 bytes/sec) $ ``` 可以看到，池已被填满。此处我们显式使用 `-b` 选项以便查看块数。 ```sh $ df -b /ztest Filesystem 512-blocks Used Avail Capacity Mounted on ztest 7601024 7601024 0 100% /ztest ``` ## 故意破坏数据以制造不一致 池已填满后，我们将故意制造 ZFS 校验和错误。由于通过 ZFS 进行的修改无法破坏数据，我们将从 ZFS 管理外部向磁盘写入垃圾数据。 首先导出池。 ```sh $ zpool export ztest ``` 接着在相关分区的适当位置写入一个块的垃圾数据。 ```sh $ dd if=/dev/random of=/dev/gpt/ttt count=1 oseek=4000000 1+0 records in 1+0 records out 512 bytes transferred in 0.382043 secs (1340 bytes/sec) $ ``` ## 检查是否损坏 导入池并尝试读取之前创建的文件 ```sh $ zpool import ztest $ cat /ztest/dummy > /dev/null cat: /ztest/dummy: Input/output error $ ``` 如上所示，发生了错误。池的状态如下，乍一看似乎没有错误。 ```sh $ zpool status ztest pool: ztest state: ONLINE config: NAME STATE READ WRITE CKSUM ztest ONLINE 0 0 0 gpt/ttt ONLINE 0 0 0 errors: No known data errors $ ``` 尝试执行 scrub。 ```sh $ zpool scrub ztest $ zpool status ztest pool: ztest state: ONLINE scan: scrub in progress since Mon Aug 29 18:17:33 2022 3.62G scanned at 412M/s, 550M issued at 61.1M/s, 3.62G total 0B repaired, 14.81% done, 00:00:51 to go config: NAME STATE READ WRITE CKSUM ztest ONLINE 0 0 0 gpt/ttt ONLINE 0 0 0 errors: No known data errors $ ``` 等待 scrub 完成后，使用 status 进行确认。 ```sh $ zpool status ztest pool: ztest state: ONLINE status: One or more devices has experienced an error resulting in data corruption. Applications may be affected. action: Restore the file in question if possible. Otherwise restore the entire pool from backup. see: https://openzfs.github.io/openzfs-docs/msg/ZFS-8000-8A scan: scrub repaired 0B in 00:01:05 with 1 errors on Mon Aug 29 18:18:32 2022 config: NAME STATE READ WRITE CKSUM ztest ONLINE 0 0 0 gpt/ttt ONLINE 0 0 2 errors: 1 data errors, use '-v' for a list $ ``` 可以看到，CKSUM 发生了错误。实际损坏的文件可以通过选项 `-v` 进行确认。 ```sh $ zpool status -v ztest pool: ztest state: ONLINE status: One or more devices has experienced an error resulting in data corruption. Applications may be affected. action: Restore the file in question if possible. Otherwise restore the entire pool from backup. see: https://openzfs.github.io/openzfs-docs/msg/ZFS-8000-8A scan: scrub repaired 0B in 00:01:05 with 1 errors on Mon Aug 29 18:18:32 2022 config: NAME STATE READ WRITE CKSUM ztest ONLINE 0 0 0 gpt/ttt ONLINE 0 0 2 errors: Permanent errors have been detected in the following files: /ztest/dummy $ ``` 重新读取 `/ztest/dummy` 时，错误依旧存在。 ```sh $ cat /ztest/dummy > /dev/null cat: /ztest/dummy: Input/output error $ ``` ## 修复损坏部分并确认 接下来，通过重新写 0 来恢复损坏的部分。 ```sh $ zpool export ztest $ dd if=/dev/zero of=/dev/gpt/ttt count=1 oseek=4000000 1+0 records in 1+0 records out 512 bytes transferred in 0.382715 secs (1338 bytes/sec) $ ``` 这应该已经将数据恢复到原状态，再次尝试读取。 ```sh $ zpool import ztest $ cat /ztest/dummy > /dev/null $ ``` 如上所示，读取成功且没有错误。虽然 `zpool status` 中的错误信息依然存在，但 CKSUM 的错误计数已经变为 0。 ```sh $ zpool status ztest pool: ztest state: ONLINE status: One or more devices has experienced an error resulting in data corruption. Applications may be affected. action: Restore the file in question if possible. Otherwise restore the entire pool from backup. see: https://openzfs.github.io/openzfs-docs/msg/ZFS-8000-8A scan: scrub repaired 0B in 00:01:05 with 1 errors on Mon Aug 29 18:18:32 2022 config: NAME STATE READ WRITE CKSUM ztest ONLINE 0 0 0 gpt/ttt ONLINE 0 0 0 errors: 1 data errors, use '-v' for a list $ ``` 重新执行 scrub ```sh $ zpool scrub ztest ``` scrub 完成后，检查池的状态。 ```sh $ zpool status ztest pool: ztest state: ONLINE scan: scrub repaired 0B in 00:01:05 with 0 errors on Mon Aug 29 18:34:27 2022 config: NAME STATE READ WRITE CKSUM ztest ONLINE 0 0 0 gpt/ttt ONLINE 0 0 0 errors: No known data errors $ ``` 如上所示，错误已消失。