ZFS 简介

• 原文链接：An Introduction to ZFS

• 作者：DREW GURKOWSKI

ZFS 将卷管理器和独立文件系统的功能结合为一体，相较于独立的文件系统，它具有多个优势。它以速度、灵活性而著称，最重要的是，它非常注重防止数据丢失。虽然许多传统的文件系统必须在单块磁盘上存在，但 ZFS 知道磁盘的底层结构，然后创建存储池，即使是在多个磁盘上。当额外的磁盘被添加到存储池时，现有的文件系统会自动扩展，立即变得可供文件系统使用。

入门

FreeBSD 可以在系统初始化时挂载 ZFS 池和数据集。要启用此功能，请在 /etc/rc.conf 中添加以下行：

zfs_enable=”YES”

然后开启服务：

# service zfs start

识别硬件

在设置 ZFS 之前，识别与系统关联的磁盘设备名称。一种比较快的方法是使用以下命令：

# egrep "da[0-9]|cd[0-9]" /var/run/dmesg.boot

输出应该会识别设备名称，本文指南中的示例将使用默认的 SCSI 名称：da0、da1 和 da2。如果硬件不同，请确保使用正确的设备名称。

创建单磁盘池

要使用单个磁盘设备创建一个简单的、无冗余的池：

# zpool create example /dev/da0

要在池中创建供用户浏览的文件：

# cd /example
# ls
# touch testfile

可以用命令 ls 查看新文件：

# ls -al

我们现在可以开始使用更高级的 ZFS 特性和属性。要在池中创建启用压缩的数据集：

# zfs create example/compressed
# zfs set compression=on example/compressed

现在，数据集 example/compressed 是一个 ZFS 压缩文件系统。要禁用压缩，可以使用：

# zfs set compression=off example/compressed

要卸载文件系统，使用 zfs umount，然后使用 df 验证：

# zfs umount example/compressed
# df

验证 example/compressed 是否不在输出的挂载文件列表中。以通过 zfs mount 重新挂载文件系统可：

# zfs mount example/compressed
# df

挂载文件系统后，输出应包含类似如下行：

example/compressed 17547008 0 17547008 0% /example/compressed

ZFS 数据集的创建方式与其他文件系统一样，以下示例创建了一个名为 data 的新文件系统：

# zfs create example/data

使用 df 查看数据和空间使用情况（部分输出已删除以便清晰显示）。

# df
 . . .
example/compressed 17547008 0 17547008 0% /example/compressed
example/data 17547008 0 17547008 0% /example/data

要销毁不再需要的文件系统和池：

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

RAID-Z

RAID-Z 池需要三块及更多磁盘，但在磁盘发生故障时可以提供数据丢失保护。由于 ZFS 池可以使用多个磁盘，因此文件系统设计本身就支持 RAID。

要创建 RAID-Z 池，指定要添加到池中的磁盘：

# zpool create storage raidz da0 da1 da2

创建完 zpool 后，可以在该池中创建一个新的文件系统：

# zfs create storage/home

启用压缩并存储目录和文件的额外副本：

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

RAID-Z 池是存储关键系统文件的绝佳位置，例如用户的主目录。

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

可以创建文件系统快照，以便以后回滚，快照名称用黄色标记，可以是任意你想要的名称：

# zfs snapshot storage/home@11-01-22

ZFS 创建数据集的快照，用户可备份文件系统以便未来回滚或数据恢复。

# zfs rollback storage/home@11-01-22

使用 zfs list 可以列出所有可用的快照：

# zfs list -t snapshot storage/home

恢复 RAID-Z

每个软件 RAID 都有一种方法来监控其状态。使用以下命令查看 RAID-Z 设备的状态：

# zpool status -x

如果所有池都在线且一切正常，信息将显示：“all pools are healthy”（所有池都健康）。

如果出现问题，例如磁盘处于离线状态，池的状态将显示如下：

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

“OFFLINE”表示管理员使用以下命令将 da1 离线：

# zpool offline storage da1

现在关闭计算机并更换da1。启动计算机后，将 da1 重新加入池中：

# zpool replace storage da1

接下来，再次检查状态，这次不使用参数 -x，显示所有池：

# zpool status storage
 pool: storage
 state: ONLINE
 scrub: resilver completed with 0 errors on Fri Nov 4 11:12:03 2022
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

数据验证

ZFS 使用校验和来验证存储数据的完整性，这些数据校验和可以被验证（称为清理）以确保存储池的完整性：

# zpool scrub storage

由于清理过程需要大量的输入/输出，因此一次只能运行一个清理。清理的持续时间取决于池中存储的数据量。清理完成后，使用 zpool status 查看状态：

# zpool status storage
 pool: storage
 state: ONLINE
 scrub: scrub completed with 0 errors on Fri Nov 4 11:19:52 2022
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

显示上次清理完成日期有助于决定何时开始下一次清理。定期清理有助于保护数据免受静默损坏，并确保存储池的完整性。

ZFS 管理

ZFS 有两个主要的管理工具：

• zpool 工具控制池的操作，允许添加、移除、替换和管理磁盘。

• zfs 工具用于创建、销毁和管理数据集，包括文件系统和卷。

虽然本入门指南未涉及 ZFS 管理，但你可以参考 zfs(8) 和 zpool(8) 以获取更多 ZFS 参数。

更多资源

虽然通过本指南创建的非冗余和 RAID-Z 池可以在大多数用例中工作，但更复杂或专业的系统可能需要进一步的 ZFS 管理和设置。本指南仅触及了 ZFS 功能的表面，因为它是一个功能强大且可定制的文件系统。OpenZFS Wiki 提供了有关安装、ZFS 系统管理和手册页的广泛文档。如果由于系统架构需要进行调优，可以在 OpenZFS 和 FreeBSD Wiki 页面上找到 ZFS 调优指南。

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DREW GURKOWSKI，FreeBSD 基金会