什么是ZFS文件系統(tǒng)?

編譯自： https://itsfoss.com/what-is-zfs/

作者： John Paul

譯者： Lv Feng

今天，我們來談?wù)撘幌?ZFS，一個(gè)先進(jìn)的文件系統(tǒng)。我們將討論 ZFS 從何而來，它是什么，以及為什么它在科技界和企業(yè)界如此受歡迎。

雖然我是一個(gè)美國(guó)人，但我更喜歡讀成 ZedFS 而不是 ZeeFS，因?yàn)榍罢呗犉饋砀嵋恍Ｄ憧梢愿鶕?jù)你的個(gè)人喜好來發(fā)音。

注意：在這篇文章中，你將會(huì)看到 ZFS 被提到很多次。當(dāng)我在談?wù)撎匦院桶惭b的時(shí)候，我所指的是 OpenZFS 。自從 甲骨文(Oracle)公司放棄 OpenSolaris 項(xiàng)目之后，ZFS（由甲骨文公司開發(fā)）和 OpenZFS 已經(jīng)走向了不同的發(fā)展道路。

ZFS 的歷史

Z 文件系統(tǒng)(Z File System)（ZFS）是由 Matthew Ahrens 和 Jeff Bonwick 在 2001 年開發(fā)的。ZFS 是作為 太陽(yáng)微系統(tǒng)(Sun MicroSystem) 公司的 OpenSolaris 的下一代文件系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。在 2008 年，ZFS 被移植到了 FreeBSD 。同一年，一個(gè)移植 ZFS 到 Linux 的項(xiàng)目也啟動(dòng)了。然而，由于 ZFS 是 通用開發(fā)和發(fā)布許可證 (Common Development and Distribution License)（CDDL）許可的，它和 GNU 通用公共許可證 不兼容，因此不能將它遷移到 Linux 內(nèi)核中。為了解決這個(gè)問題，絕大多數(shù) Linux 發(fā)行版提供了一些方法來安裝 ZFS　。

在甲骨文公司收購(gòu)太陽(yáng)微系統(tǒng)公司之后不久，OpenSolaris 就閉源了，這使得 ZFS 的之后的開發(fā)也變成閉源的了。許多 ZFS 開發(fā)者對(duì)這件事情非常不滿。 三分之二的 ZFS 核心開發(fā)者 ，包括 Ahrens 和 Bonwick，因?yàn)檫@個(gè)決定而離開了甲骨文公司。他們加入了其它公司，并于 2013 年 9 月創(chuàng)立了 OpenZFS 這一項(xiàng)目。該項(xiàng)目引領(lǐng)著 ZFS 的開源開發(fā)。

讓我們回到上面提到的許可證問題上。既然 OpenZFS 項(xiàng)目已經(jīng)和 Oracle 公司分離開了，有人可能好奇他們?yōu)槭裁床皇褂煤?GPL 兼容的許可證，這樣就可以把它加入到 Linux 內(nèi)核中了。根據(jù) OpenZFS 官網(wǎng) 的介紹，更改許可證需要聯(lián)系所有為當(dāng)前 OpenZFS 實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)過代碼的人（包括初始的公共 ZFS 代碼以及 OpenSolaris 代碼），并得到他們的許可才行。這幾乎是不可能的（因?yàn)橐恍┴暙I(xiàn)者可能已經(jīng)去世了或者很難找到），因此他們決定保留原來的許可證。

ZFS 是什么，它有什么特性？

正如前面所說過的，ZFS 是一個(gè)先進(jìn)的文件系統(tǒng)。因此，它有一些有趣的 特性 。比如：

• 存儲(chǔ)池
• 寫時(shí)拷貝
• 快照
• 數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證和自動(dòng)修復(fù)
• RAID-Z
• 最大單個(gè)文件大小為 16 EB（1 EB = 1024 PB）
• 最大 256 千萬億（256*1015 ）的 ZB（1 ZB = 1024 EB）的存儲(chǔ)

讓我們來深入了解一下其中一些特性。

存儲(chǔ)池

與大多數(shù)文件系統(tǒng)不同，ZFS 結(jié)合了文件系統(tǒng)和卷管理器的特性。這意味著，它與其他文件系統(tǒng)不同，ZFS 可以創(chuàng)建跨越一系列硬盤或池的文件系統(tǒng)。不僅如此，你還可以通過添加硬盤來增大池的存儲(chǔ)容量。ZFS 可以進(jìn)行 分區(qū)和格式化 。

ZFS 存儲(chǔ)池

寫時(shí)拷貝

寫時(shí)拷貝 (Copy-on-write)是另一個(gè)有趣并且很酷的特性。在大多數(shù)文件系統(tǒng)上，當(dāng)數(shù)據(jù)被重寫時(shí)，它將永久丟失。而在 ZFS 中，新數(shù)據(jù)會(huì)寫到不同的塊。寫完成之后，更新文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)信息，使之指向新的數(shù)據(jù)塊（LCTT 譯注：更新之后，原數(shù)據(jù)塊成為磁盤上的垃圾，需要有對(duì)應(yīng)的垃圾回收機(jī)制）。這確保了如果在寫新數(shù)據(jù)的時(shí)候系統(tǒng)崩潰（或者發(fā)生其它事，比如突然斷電），那么原數(shù)據(jù)將會(huì)保存下來。這也意味著，在系統(tǒng)發(fā)生崩潰之后，不需要運(yùn)行 fsck 來檢查和修復(fù)文件系統(tǒng)。

快照

寫時(shí)拷貝使得 ZFS 有了另一個(gè)特性： 快照(snapshots)。ZFS 使用快照來跟蹤文件系統(tǒng)中的更改。 快照 包含文件系統(tǒng)的原始版本（文件系統(tǒng)的一個(gè)只讀版本），實(shí)時(shí)文件系統(tǒng)則包含了自從快照創(chuàng)建之后的任何更改。沒有使用額外的空間。因?yàn)樾聰?shù)據(jù)將會(huì)寫到實(shí)時(shí)文件系統(tǒng)新分配的塊上。如果一個(gè)文件被刪除了，那么它在快照中的索引也會(huì)被刪除。所以，快照主要是用來跟蹤文件的更改，而不是文件的增加和創(chuàng)建。

快照可以掛載成只讀的，以用來恢復(fù)一個(gè)文件的過去版本。實(shí)時(shí)文件系統(tǒng)也可以回滾到之前的快照。回滾之后，自從快照創(chuàng)建之后的所有更改將會(huì)丟失。

數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證和自動(dòng)修復(fù)

當(dāng)向 ZFS 寫入新數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)創(chuàng)建該數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和。在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，使用校驗(yàn)和進(jìn)行驗(yàn)證。如果前后校驗(yàn)和不匹配，那么就說明檢測(cè)到了錯(cuò)誤，然后，ZFS 會(huì)嘗試自動(dòng)修正錯(cuò)誤。

RAID-Z

ZFS 不需要任何額外軟件或硬件就可以處理 RAID（磁盤陣列）。毫不奇怪，因?yàn)?ZFS 有自己的 RAID 實(shí)現(xiàn)：RAID-Z 。RAID-Z 是 RAID-5 的一個(gè)變種，不過它克服了 RAID-5 的寫漏洞：意外重啟之后，數(shù)據(jù)和校驗(yàn)信息會(huì)變得不同步（LCTT 譯注：RAID-5 的條帶在正寫入數(shù)據(jù)時(shí)，如果這時(shí)候電源中斷，那么奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)將跟該部分?jǐn)?shù)據(jù)不同步，因此前邊的寫無效；RAID-Z 用了 “可變寬的 RAID 條帶” 技術(shù)，因此所有的寫都是全條帶寫入）。為了使用 基本級(jí)別的 RAID-Z （RAID-Z1），你需要至少三塊磁盤，其中兩塊用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，另外一塊用來存儲(chǔ) 奇偶校驗(yàn)信息 。而 RAID-Z2 需要至少兩塊磁盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及兩塊磁盤存儲(chǔ)校驗(yàn)信息。RAID-Z3 需要至少兩塊磁盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及三塊磁盤存儲(chǔ)校驗(yàn)信息。另外，只能向 RAID-Z 池中加入偶數(shù)倍的磁盤，而不能是奇數(shù)倍的。

巨大的存儲(chǔ)潛力

創(chuàng)建 ZFS 的時(shí)候，它是作為 最后一個(gè)文件系統(tǒng) 而設(shè)計(jì)的 。那時(shí)候，大多數(shù)文件系統(tǒng)都是 64 位的，ZFS 的創(chuàng)建者決定直接跳到 128 位，等到將來再來證明這是對(duì)的。這意味著 ZFS 的容量大小是 32 位或 64 位文件系統(tǒng)的 1600 億億倍。事實(shí)上，Jeff Bonwick（其中一個(gè)創(chuàng)建者）說：“完全填滿一個(gè) 128 位的存儲(chǔ)池所需要的 能量 ，從字面上講，比煮沸海洋需要的還多。”

如何安裝 ZFS？

如果你想立刻使用 ZFS（開箱即用），那么你需要安裝 FreeBSD 或一個(gè) 使用 illumos 內(nèi)核的操作系統(tǒng) 。 illumos 是 OpenSolaris 內(nèi)核的一個(gè)克隆版本。

事實(shí)上，支持 ZFS 是一些有經(jīng)驗(yàn)的 Linux 用戶選擇 BSD 的主要原因 。

如果你想在 Linux 上嘗試 ZFS，那么只能在存儲(chǔ)文件系統(tǒng)上使用。據(jù)我所知，沒有任何 Linux 發(fā)行版可以在根目錄上安裝 ZFS，實(shí)現(xiàn)開箱即用。如果你對(duì)在 Linux 上嘗試 ZFS 感興趣，那么 ZFS on Linux 項(xiàng)目 上有大量的教程可以指導(dǎo)你怎么做。

附加說明

這篇文章論述了 ZFS 的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在，讓我來告訴你一個(gè)關(guān)于 ZFS 很現(xiàn)實(shí)的問題。使用 RAID-Z 會(huì)很貴 ，因?yàn)槟阈枰?gòu)買大量的磁盤來增大存儲(chǔ)空間。

via: https://itsfoss.com/what-is-zfs/

作者： John Paul 選題： lujun9972 譯者： ucasFL 校對(duì)： wxy