# ZFS 启动环境详解 * [ZFS Boot Environments Explained](https://vermaden.wordpress.com/2025/11/25/zfs-boot-environments-explained/) * 发布时间：2025/11/25 * 作者：𝚟𝚎𝚛𝚖𝚊𝚍𝚎𝚗 这篇文章不会尝试给出 ZFS 的通用解释——我们只会专注于 **ZFS 启动环境**。关于它们存在许多误解和误会——有些人不知道 ZFS 启动环境里面有什么、ZFS 启动环境里面没有什么——但更糟的是——有些人完全不懂。 我假设读者确实了解什么是 ZFS 文件系统的概念和特性 —— 比如 ZFS 池或 ZFS 数据集之类的东西对读者来说是已知的……并且读者能够解释 ZFS 和 LVM 之间的区别。 ## ZFS 启动环境里有什么 这是首先经常被误解的主题……大概是因为没有理解 **canmount=off** 这个 ZFS 属性 —— 你可以在 man [**zfsprops(7)**](https://man.freebsd.org/zfsprops/7) 中获得更多相关内容。 > 如果该属性被设置为 `off`，则文件系统无法被挂载，并且会被 `zfs mount -a` 忽略。将该属性设置为 `off` 类似于将 `mountpoint` 属性设置为 `none`，但数据集仍然具有正常的 `mountpoint` 属性，该属性可以被继承。将此属性设置为 `off` 允许数据集仅作为继承属性的机制使用。设置 `canmount=off` 的一个例子是创建两个具有相同挂载点的数据集，这样两个数据集的子数据集会显示在同一目录中，但可能具有不同的继承特性。 > > 当设置为 `noauto` 时，数据集只能显式地挂载和卸载。数据集在创建或导入时不会自动挂载，也不会被 `zfs mount -a` 命令挂载，或被 `zfs unmount -a` 命令卸载。 > > 该属性不可继承。——整理者加 这是我以前关于 “ZFS 启动环境” 的演讲中的幻灯片 —— 可以在链接 获得 —— 那是在 **2018 NLUUG** 会议上做的……颜色并不是随便选的……它们是特地准备成那样，以致敬 NLUUG 会议举办的国家 —— 荷兰。 ![](https://vermaden.wordpress.com/wp-content/uploads/2025/11/nluug-zfs-canmount.png) 对 **/var** 和 **/usr** 使用 **canmount=off** 背后的想法是这样的： **/var** 和 **/usr** 这些 ZFS 数据集的内容确实位于 ZFS 启动环境中 —— 位于安装程序创建的 **zroot/ROOT/default** 这个 ZFS 启动环境中 —— 而其余像下面这些这样的内容： ```sh zroot/tmp zroot/usr/home zroot/usr/ports zroot/usr/src zroot/var/audit zroot/var/crash zroot/var/log zroot/var/mail zroot/var/tmp ``` 这些内容 **被排除在这个 ZFS 启动环境之外**。 因此，在默认情况下，一切都包含在 ZFS 启动环境中 —— 如果你想从 **/usr** 或 **/var** 中排除某些部分 —— 你就为这些需要排除的路径添加相应的 ZFS 数据集。 下面是你在 [**bsdinstall(8)**](https://man.freebsd.org/bsdinstall/8) 安装程序中选择 **Auto（ZFS）** 选项后，FreeBSD 默认的 ZFS 布局。 ```sh root@freebsd:~ # zfs set mountpoint=none zroot root@freebsd:~ # zfs list NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT zroot 385M 18.5G 96K none zroot/ROOT 383M 18.5G 96K none zroot/ROOT/default 383M 18.5G 383M / zroot/home 96K 18.5G 96K /home zroot/tmp 96K 18.5G 96K /tmp zroot/usr 288K 18.5G 96K /usr zroot/usr/ports 96K 18.5G 96K /usr/ports zroot/usr/src 96K 18.5G 96K /usr/src zroot/var 600K 18.5G 96K /var zroot/var/audit 96K 18.5G 96K /var/audit zroot/var/crash 96K 18.5G 96K /var/crash zroot/var/log 120K 18.5G 120K /var/log zroot/var/mail 96K 18.5G 96K /var/mail zroot/var/tmp 96K 18.5G 96K /var/tmp root@freebsd:~ # zfs get canmount NAME PROPERTY VALUE SOURCE zroot canmount on default zroot/ROOT canmount on default zroot/ROOT/default canmount noauto local zroot/home canmount on default zroot/tmp canmount on default zroot/usr canmount off local zroot/usr/ports canmount on default zroot/usr/src canmount on default zroot/var canmount off local zroot/var/audit canmount on default zroot/var/crash canmount on default zroot/var/log canmount on default zroot/var/mail canmount on default zroot/var/tmp canmount on default ``` 关键点在于，**zroot/usr** 和 **zroot/var** 这两个 ZFS 数据集都具有 **canmount=off** 这个 ZFS 属性。这意味着 **/usr** 文件系统 **并不存放在** **zroot/usr** 这个 ZFS 数据集中……它是存放在 **zroot/ROOT/default** 这个 ZFS 启动环境里的。 你可以用传统的 [**df(1)**](https://man.freebsd.org/df/1) 命令进行验证如下。 ```sh root@freebsd:~ # df -g /usr Filesystem 1G-blocks Used Avail Capacity Mounted on zroot/ROOT/default 18 0 18 2% / root@freebsd:~ # df -g /var Filesystem 1G-blocks Used Avail Capacity Mounted on zroot/ROOT/default 18 0 18 2% / ``` 如你所见，**/usr** 和 **/var** 都只是 **zroot/ROOT/default** 这个 ZFS 数据集中的目录。数据并 **不** 保存在 **zroot/usr** 或 **zroot/var** 这些 ZFS 数据集中……再次强调，这是因为它们具有 **canmount=off** 这个 ZFS 属性。 现在，这个 FreeBSD 默认设置的主要理念 `/` 概念是：所有内容都保存在 **zroot/ROOT/default** 这个 ZFS 数据集中，而所有其他 ZFS 数据集都是从它中 **排除（exclude）** 出去的。比如 **zroot/var/audit** 具有 **canmount=on** 这个 ZFS 属性……其他所有的也都是完全相同的情况。 说实话，为了让事情变得傻瓜式地简单，我会把 **zroot/usr** 和 **zroot/var** 这两个 ZFS 数据集换成一个能准确说明用途的名称 —— **zroot/exclude**，因为在它下面的所有 ZFS 数据集，本质上都是被排除在 **ZFS 启动环境** 之外的。 ```sh root@freebsd:~ # zfs list NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT zroot 385M 18.5G 96K none zroot/ROOT 383M 18.5G 96K none zroot/ROOT/default 383M 18.5G 383M / zroot/home 96K 18.5G 96K /home zroot/tmp 96K 18.5G 96K /tmp zroot/usr 288K 18.5G 96K /usr zroot/usr/ports 96K 18.5G 96K /usr/ports zroot/usr/src 96K 18.5G 96K /usr/src zroot/var 600K 18.5G 96K /var zroot/var/audit 96K 18.5G 96K /var/audit zroot/var/crash 96K 18.5G 96K /var/crash zroot/var/log 120K 18.5G 120K /var/log zroot/var/mail 96K 18.5G 96K /var/mail zroot/var/tmp 96K 18.5G 96K /var/tmp root@freebsd:~ # zfs create -o canmount=off -o mountpoint=none zroot/exclude root@freebsd:~ # zfs rename -u zroot/usr zroot/exclude/usr root@freebsd:~ # zfs rename -u zroot/var zroot/exclude/var root@freebsd:~ # zfs rename -u zroot/home zroot/exclude/home root@freebsd:~ # zfs rename -u zroot/tmp zroot/exclude/tmp root@freebsd:~ # zfs list NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT zroot 385M 18.5G 96K none zroot/ROOT 383M 18.5G 96K none zroot/ROOT/default 383M 18.5G 383M / zroot/exclude 1.16M 18.5G 96K none zroot/exclude/home 96K 18.5G 96K /home zroot/exclude/tmp 96K 18.5G 96K /tmp zroot/exclude/usr 288K 18.5G 96K /usr zroot/exclude/usr/ports 96K 18.5G 96K /usr/ports zroot/exclude/usr/src 96K 18.5G 96K /usr/src zroot/exclude/var 612K 18.5G 96K /var zroot/exclude/var/audit 96K 18.5G 96K /var/audit zroot/exclude/var/crash 96K 18.5G 96K /var/crash zroot/exclude/var/log 132K 18.5G 132K /var/log zroot/exclude/var/mail 96K 18.5G 96K /var/mail zroot/exclude/var/tmp 96K 18.5G 96K /var/tmp ``` 现在更容易理解了吗？我希望是的……即使在上面进行了所有这些重命名，ZFS 的挂载点也 **没有任何变化**，因为 **mountpoint** 是个独立的 ZFS 属性——所以即使我们对 ZFS 数据集的命名逻辑进行了重新组织，只要没有从上层继承，这个 ZFS **mountpoint** 属性在逻辑重组后依然保持不变。 之前使用 **df(1)** 的测试结果与之前完全相同。 ```sh root@freebsd:~ # df -g /usr Filesystem 1G-blocks Used Avail Capacity Mounted on zroot/ROOT/default 18 0 18 2% / root@freebsd:~ # df -g /var Filesystem 1G-blocks Used Avail Capacity Mounted on zroot/ROOT/default 18 0 18 2% / ``` **/usr** 和 **/var** 的数据都保存在 **default** ZFS 启动环境内。 我们甚至可以移除 **/usr** 和 **/var** 的挂载点，这样会更加清晰。 ```sh root@freebsd:~ # zfs set -u mountpoint=/var/tmp zroot/exclude/var/tmp root@freebsd:~ # zfs set -u mountpoint=/var/mail zroot/exclude/var/mail root@freebsd:~ # zfs set -u mountpoint=/var/log zroot/exclude/var/log root@freebsd:~ # zfs set -u mountpoint=/var/crash zroot/exclude/var/crash root@freebsd:~ # zfs set -u mountpoint=/var/audit zroot/exclude/var/audit root@freebsd:~ # zfs set -u mountpoint=none zroot/exclude/var root@freebsd:~ # zfs set -u mountpoint=/usr/src zroot/exclude/usr/src root@freebsd:~ # zfs set -u mountpoint=/usr/ports zroot/exclude/usr/ports root@freebsd:~ # zfs set -u mountpoint=none zroot/exclude/usr root@freebsd:~ # zfs list NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT zroot 385M 18.5G 96K none zroot/ROOT 383M 18.5G 96K none zroot/ROOT/default 383M 18.5G 383M / zroot/exclude 1.16M 18.5G 96K none zroot/exclude/home 96K 18.5G 96K /home zroot/exclude/tmp 96K 18.5G 96K /tmp zroot/exclude/usr 288K 18.5G 96K none zroot/exclude/usr/ports 96K 18.5G 96K /usr/ports zroot/exclude/usr/src 96K 18.5G 96K /usr/src zroot/exclude/var 612K 18.5G 96K none zroot/exclude/var/audit 96K 18.5G 96K /var/audit zroot/exclude/var/crash 96K 18.5G 96K /var/crash zroot/exclude/var/log 132K 18.5G 132K /var/log zroot/exclude/var/mail 96K 18.5G 96K /var/mail zroot/exclude/var/tmp 96K 18.5G 96K /var/tmp root@freebsd:~ # df -g Filesystem 1G-blocks Used Avail Capacity Mounted on /dev/gpt/efiboot0 0 0 0 0% /boot/efi devfs 0 0 0 0% /dev zroot/ROOT/default 18 0 18 2% / zroot/exclude/tmp 18 0 18 0% /tmp zroot/exclude/home 18 0 18 0% /home zroot/exclude/var/log 18 0 18 0% /var/log zroot/exclude/var/tmp 18 0 18 0% /var/tmp zroot/exclude/var/mail 18 0 18 0% /var/mail zroot/exclude/var/crash 18 0 18 0% /var/crash zroot/exclude/var/audit 18 0 18 0% /var/audit zroot/exclude/usr/src 18 0 18 0% /usr/src zroot/exclude/usr/ports 18 0 18 0% /usr/ports ``` 够清楚了吗？ ## 新建 ZFS 启动环境时会发生什么 另一个经常被误解的谜题……或者说没有被清楚理解的部分。 通常，**ZFS 启动环境** 是由某个时间点创建的 ZFS **快照** 克隆出来的可写 ZFS **clone**。 让我用我最喜欢的 *Enterprise Architect ASCII Edition* 软件来可视化一下。 ```sh | ZFS DATASET | ZFS MOUNTPOINT => WHY | +-------------------+ | | ZFS 'zroot' pool | | /sys => # zfs set mountpoint=/sys sys | (dataset) | | canmount:on => # zfs set canmount=on sys +---------+---------+ | | | +-------+-------+ | | ROOT | | (none) => # zfs set mountpoint=none sys/ROOT | (dataset) | | canmount:on => # zfs set canmount=on sys/ROOT +-------+-------+ | | | +-----+-----+ | | default | | / => # zfs set mountpoint=/ sys/ROOT/${DATASET} | (dataset) | | canmount:noauto => # zfs set canmount=noauto sys/ROOT/${DATASET} +--+-----------+ | | | +- @2025-11-11@10:10 | point-in-time => # zfs snapshot sys/ROOT/${DATASET}@2025-11-11@10:10 | (snapshot) | (read only) # beadm create sys/ROOT/${DATASET}@2025-11-11@10:10 | | +- safe | clone => # zfs clone sys/ROOT/${DATASET}@2025-11-11@10:10 sys/ROOT/safe | (clone) | (writable) # beadm create -e default@2025-11-11@10:10 safe | | +- test | clone => # zfs clone sys/ROOT/${DATASET}@2025-11-11@10:10 sys/ROOT/test (clone) | (writable) # beadm create -e default@2025-11-11@10:10 test | ``` 关于上面的 ASCII 图，**beadm(8)** 命令的输出将显示类似的信息。 ```sh root@freebsd:~ # beadm list BE Active Mountpoint Space Created default NR / 24.0G 2025-10-08 01:42 safe - - 1.3G 2025-06-10 09:47 test - - 6.4G 2025-08-22 23:02 root@freebsd:~ # zfs list -r -t all zroot/ROOT NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT zroot/ROOT 29.8G 154G 96K none zroot/ROOT/default 748K 154G 19.5G / zroot/ROOT/default@2025-11-11@10:10 16.1G - 24.2G - zroot/ROOT/safe 8K 154G 20.5G / zroot/ROOT/test 810M 154G 20.9G / root@freebsd:~ # beadm list -a BE/Dataset/Snapshot Active Mountpoint Space Created default zroot/ROOT/default NR / 24.0G 2025-10-08 01:42 safe zroot/ROOT/safe - - 748.0K 2025-06-10 09:47 default@2025-11-11@10:10 - - 1.3G 2025-10-08 01:42 test zroot/ROOT/test - - 810.0M 2025-08-22 23:02 default@2025-11-11@10:10 - - 5.6G 2025-08-22 23:02 root@freebsd:~ # zfs get origin zroot/ROOT/default NAME PROPERTY VALUE SOURCE zroot/ROOT/default origin - - root@freebsd:~ # zfs get origin zroot/ROOT/safe NAME PROPERTY VALUE SOURCE zroot/ROOT/safe origin zroot/ROOT/default@2025-11-11@10:10 - root@freebsd:~ # zfs get origin zroot/ROOT/test NAME PROPERTY VALUE SOURCE zroot/ROOT/test origin zroot/ROOT/default@2025-11-11@10:10 - root@freebsd:~ # zpool get bootfs NAME PROPERTY VALUE SOURCE zdata bootfs - default zroot bootfs zroot/ROOT/default local ``` 现在……有趣的部分来了——你可以创建任意数量的额外 **ZFS 启动环境**，或者使用 ZFS 的 **send|recv** 功能。 下面是这种设置的示例。 ```sh | ZFS DATASET | MOUNTPOINT => WHY | +-----------------------+ | | ZFS 'zroot' pool | | /sys => # zfs set mountpoint=/sys sys | (ZFS dataset) | | canmount:on => # zfs set canmount=on sys +-----------+-----------+ | | | +---------+---------+ | | ROOT | | (none) => # zfs set mountpoint=none sys/ROOT | (ZFS dataset) | | canmount:on => # zfs set canmount=on sys/ROOT +---------+---------+ | | | +--------------+----------+ | | | | | +----+----+ +-------+---+ +----+----+ | | default | | 15.0-RC1 | | 12.2 | | / => # zfs set mountpoint=/ sys/ROOT/${DATASET} |(dataset)| | (dataset) | |(dataset)| | canmount:noauto => # zfs set canmount=noauto sys/ROOT/${DATASET} +---------+ +-----------+ +---------+ | | ``` ……并且你可以从每一个这些 ZFS dataset 创建额外的 ZFS 启动环境。 ## 在系统之间传输 ZFS 启动环境 ……而且这些系统可以是 **任意** 系统。你可以在笔记本之间传输 ZFS 启动环境，或者从笔记本传到服务器……甚至从 Bhyve VM 传到服务器……随你喜欢。 下面你将看到一些示例，展示如何将现有的 ZFS 启动环境通过网络从一个 FreeBSD UNIX 系统复制到另一个系统。 这里的 **mbuffer(1)** 并非关键——它只是通过确保随时有数据可发送来加快传输过程。 ```sh root@freebsd:~ # beadm export 14.3 | mbuffer | ssh 10.26 doas beadm import 14.3.w520 summary: 30.3 GiByte in 34min 04.8sec - average of 15.2 MiB/s ``` 上面演示的是将我在 **ThinkPad W520** 上的 **14.3** ZFS 启动环境发送到 **ThinkPad T14** 系统——这也是为什么我想在另一端将其命名为 **14.3.w520**，以确保我记得它的来源。 你也可以像我在文章 [Other FreeBSD Version in ZFS Boot Environment](https://vermaden.wordpress.com/2021/10/19/other-freebsd-version-in-zfs-boot-environment/) 中描述的那样，从零创建新的 ZFS 启动环境。 ## 总结 我希望现在 **ZFS 启动环境** 的主要原理更加清晰了。 ……如果还有不明白的地方，欢迎提出你的疑问。