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category: tool
tool: zfs
contributors:
    - ["sarlalian", "http://github.com/sarlalian"]
translators:
    - ["Alan Cheng", "https://github.com/kedaio"]
filename: LearnZfs-cn.txt
lang: zh-cn
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[ZFS](http://open-zfs.org/wiki/Main_Page)
是重新思考与储存相关技术的结果，它把传统的文件系统和卷管理器集成到一个工具当中.
ZFS不但有把它和传统存储系统分开来的特有术语，也有很多聚焦于可用性的功能。


## ZFS概念

### 虚拟设备（Virtual Devices，VDEV）

对于操作系统来说，VDEV和传统的RAID阵列卡所呈现的raid设备类似。VDEV有几种不同的类型，每种类型
都有自己的优势，包括冗余和速度。一般来说，VDEV的可靠性和安全性比阵列卡要好。因此使用ZFS时不
建议使用阵列卡。让ZFS直接管理磁盘。

VDEV的类型
* mirror (镜像。支持n-way镜像)
* raidz
	* raidz1 (一个奇偶校验磁盘, 类似于RAID 5)
	* raidz2 (两个奇偶校验磁盘, 类似于RAID 6)
	* raidz3 (三个奇偶校验磁盘, 没有类似RAID等级)
* disk  （磁盘）
* file (文件。不推荐在生产环境中使用，因为中间又多了一层不必要的文件系统)

数据会以条带方式存储于存储池中的所有VDEV上。因此一个存储池中的VDEV越多，IOPS就越高。

###  storage pool （存储池） 

ZFS 使用存储池来作为底层存储提供者（VDEV）的抽象。这样可以把用户可见的文件系统和底层的物理磁盘
布局分离开来。

### ZFS 数据集（Dataset）

ZFS 数据集类似于传统的文件系统（译者注：或者说是目录），但是提供了更多的功能。ZFS的很多优势也是
在这一层体现出来的。数据集支持 [Copy on Write](https://en.wikipedia.org/wiki/Copy-on-write)
快照, 配额, 压缩和重复消除（de-duplication）.


### 限制

一个目录最多可包含 2^48个文件, 每个文件最大可以是16 exabytes.  一个存储池最大可包含256 zettabytes 、
(2^78) 的空间, 可以条带化地分布于2^64 设备上. 单一主机最多可以创建2^64个存储池。这些限制可以说是相
当大。


## 命令

### 存储池

Actions: （存储池操作）
* List   （列举）
* Status （查看状态）
* Destroy （删除）
* Get/Set properties （获取/设置属性）

List zpools （列举存储池（也叫zpool））

```bash
# 创建一个raidz类型的存储池(名称为bucket）
$ zpool create zroot raidz1 gpt/zfs0 gpt/zfs1 gpt/zfs2

# 列出所有存储池
$ zpool list
NAME    SIZE  ALLOC   FREE  EXPANDSZ   FRAG    CAP  DEDUP  HEALTH  ALTROOT
zroot   141G   106G  35.2G         -    43%    75%  1.00x  ONLINE  -

# 列出某一存储池的详细信息
$ zpool list -v zroot
NAME                                     SIZE  ALLOC   FREE  EXPANDSZ   FRAG    CAP  DEDUP HEALTH  ALTROOT
zroot                                    141G   106G  35.2G         -    43%    75%  1.00x ONLINE  -
  gptid/c92a5ccf-a5bb-11e4-a77d-001b2172c655   141G   106G  35.2G         -    43%    75%
```

Status of zpools （存储池状态）

```bash
# 获取全部zpool状态信息
$ zpool status
  pool: zroot
 state: ONLINE
  scan: scrub repaired 0 in 2h51m with 0 errors on Thu Oct  1 07:08:31 2015
config:

        NAME                                          STATE     READ WRITE CKSUM
        zroot                                         ONLINE       0     0     0
          gptid/c92a5ccf-a5bb-11e4-a77d-001b2172c655  ONLINE       0     0     0

errors: No known data errors

# 用scrub来更正存储池错误信息
$ zpool scrub zroot
$ zpool status -v zroot
  pool: zroot
 state: ONLINE
  scan: scrub in progress since Thu Oct 15 16:59:14 2015
        39.1M scanned out of 106G at 1.45M/s, 20h47m to go
        0 repaired, 0.04% done
config:

        NAME                                          STATE     READ WRITE CKSUM
        zroot                                         ONLINE       0     0     0
          gptid/c92a5ccf-a5bb-11e4-a77d-001b2172c655  ONLINE       0     0     0

errors: No known data errors
```

Properties of zpools （存储池属性）

```bash
# 获取某一存储池的全部属性。属性可能是系统提供，也可能是用户设置
$ zpool get all zroot
NAME   PROPERTY                       VALUE                          SOURCE
zroot  size                           141G                           -
zroot  capacity                       75%                            -
zroot  altroot                        -                              default
zroot  health                         ONLINE                         -
...

# 设置存储池属性，下例这是设置comment(备注)属性
$ zpool set comment="Storage of mah stuff" zroot
$ zpool get comment
NAME   PROPERTY  VALUE                 SOURCE
tank   comment   -                     default
zroot  comment   Storage of mah stuff  local
```

Remove zpool （删除存储池）

```bash
$ zpool destroy test
```


### Datasets （数据集）

Actions:   （数据集相关操作）
* Create   （创建）
* List     （列举）
* Rename   （重命名）
* Delete   （删除）
* Get/Set properties   （获取/设置属性）

Create datasets

```bash
# 创建数据集
$ zfs create zroot/root/data
$ mount | grep data
zroot/root/data on /data (zfs, local, nfsv4acls)

# 创建子数据集
$ zfs create zroot/root/data/stuff
$ mount | grep data
zroot/root/data on /data (zfs, local, nfsv4acls)
zroot/root/data/stuff on /data/stuff (zfs, local, nfsv4acls)


# 创建卷
$ zfs create -V zroot/win_vm
$ zfs list zroot/win_vm
NAME                 USED  AVAIL  REFER  MOUNTPOINT
zroot/win_vm         4.13G  17.9G    64K  -
```

List datasets （列举数据集）

```bash
# 列出所有数据集
$ zfs list
NAME                                                                       USED  AVAIL  REFER  MOUNTPOINT
zroot                                                                      106G  30.8G   144K  none
zroot/ROOT                                                                18.5G  30.8G   144K  none
zroot/ROOT/10.1                                                              8K  30.8G  9.63G  /
zroot/ROOT/default                                                        18.5G  30.8G  11.2G  /
zroot/backup                                                              5.23G  30.8G   144K  none
zroot/home                                                                 288K  30.8G   144K  none
...

# 列举某一数据集的信息
$ zfs list zroot/home
NAME         USED  AVAIL  REFER  MOUNTPOINT
zroot/home   288K  30.8G   144K  none

# 列出快照
$ zfs list -t snapshot
zroot@daily-2015-10-15                                                                  0      -   144K  -
zroot/ROOT@daily-2015-10-15                                                             0      -   144K  -
zroot/ROOT/default@daily-2015-10-15                                                     0      -  24.2G  -
zroot/tmp@daily-2015-10-15                                                           124K      -   708M  -
zroot/usr@daily-2015-10-15                                                              0      -   144K  -
zroot/home@daily-2015-10-15                                                             0      -  11.9G  -
zroot/var@daily-2015-10-15                                                           704K      -  1.42G  -
zroot/var/log@daily-2015-10-15                                                       192K      -   828K  -
zroot/var/tmp@daily-2015-10-15                                                          0      -   152K  -
```

Rename datasets （重命名数据集）

```bash
$ zfs rename zroot/root/home zroot/root/old_home
$ zfs rename zroot/root/new_home zroot/root/home
```

Delete dataset （删除数据集）

```bash
# 数据集如果有快照则无法删除
$ zfs destroy zroot/root/home
```

Get / set properties of a dataset （获取/设置数据集属性）

```bash
# 获取数据集全部属性
$ zfs get all zroot/usr/home
NAME            PROPERTY              VALUE                  SOURCE
zroot/home      type                  filesystem             -
zroot/home      creation              Mon Oct 20 14:44 2014  -
zroot/home      used                  11.9G                  -
zroot/home      available             94.1G                  -
zroot/home      referenced            11.9G                  -
zroot/home      mounted               yes                    -
...

# 获取数据集属性
$ zfs get compression zroot/usr/home
NAME            PROPERTY     VALUE     SOURCE
zroot/home      compression  off       default

# 设置数据集属性（下例为设置压缩属性compression）
$ zfs set compression=gzip-9 mypool/lamb

# 列举所有数据集的名称、配额和预留属性
$ zfs list -o name,quota,reservation
NAME                                                               QUOTA  RESERV
zroot                                                               none    none
zroot/ROOT                                                          none    none
zroot/ROOT/default                                                  none    none
zroot/tmp                                                           none    none
zroot/usr                                                           none    none
zroot/home                                                          none    none
zroot/var                                                           none    none
...
```


### Snapshots （快照）

快照是ZFS 的一个非常重要的功能

* 快照占用的空间等于它和原始数据的差异量
* 创建时间以秒计
* 恢复时间和写入速度相同
* 易于自动化

Actions:  （快照相关操作）
* Create  （创建）
* Delete  （删除）
* Rename  （重命名）
* Access snapshots  （访问）
* Send / Receive    （发送/接收）
* Clone             （克隆。译者注：关于clone和快照的区别可参看[这里](http://docs.oracle.com/cd/E19253-01/819-5461/gbcxz/index.html)）


Create snapshots （创建快照）

```bash
# 为单一数据集创建快照
zfs snapshot zroot/home/sarlalian@now

# 为数据集及其子集创建快照
$ zfs snapshot -r zroot/home@now
$ zfs list -t snapshot
NAME                       USED  AVAIL  REFER  MOUNTPOINT
zroot/home@now                 0      -    26K  -
zroot/home/sarlalian@now       0      -   259M  -
zroot/home/alice@now           0      -   156M  -
zroot/home/bob@now             0      -   156M  -
...
```

Destroy snapshots （删除快照）

```bash
# 如何删除快照
$ zfs destroy zroot/home/sarlalian@now

# 删除某一数据集及其子集的快照
$ zfs destroy -r zroot/home/sarlalian@now
```

Renaming Snapshots （重命名）

```bash
# 重命名快照
$ zfs rename zroot/home/sarlalian@now zroot/home/sarlalian@today
$ zfs rename zroot/home/sarlalian@now today

$ zfs rename -r zroot/home@now @yesterday
```

Accessing snapshots  （访问快照）

```bash
# cd进入一个快照目录
$ cd /home/.zfs/snapshot/
```

Sending and Receiving

```bash
# 备份快照到一个文件
$ zfs send zroot/home/sarlalian@now | gzip > backup_file.gz

# 发送快照到另一个数据集
$ zfs send zroot/home/sarlalian@now | zfs recv backups/home/sarlalian

# 发送快照到一个远程主机
$ zfs send zroot/home/sarlalian@now | ssh root@backup_server 'zfs recv zroot/home/sarlalian'

# 发送完整数据集及其快照到一个新主机
$ zfs send -v -R zroot/home@now | ssh root@backup_server 'zfs recv zroot/home'
```

Cloneing Snapshots  （克隆快照）

```bash
# 克隆一个快照
$ zfs clone zroot/home/sarlalian@now zroot/home/sarlalian_new

# 提升克隆，让它不再依赖原始快照
$ zfs promote zroot/home/sarlalian_new
```

### 汇总

下面这个脚本使用了FreeBSD, jails和ZFS，来自动在一个mysql群集的热备主机上为一个mysq staging数据库
创建一份纯净的拷贝。

```bash
#!/bin/sh

echo "==== Stopping the staging database server ===="
jail -r staging

echo "==== Cleaning up existing staging server and snapshot ===="
zfs destroy -r zroot/jails/staging
zfs destroy zroot/jails/slave@staging

echo "==== Quiescing the slave database ===="
echo "FLUSH TABLES WITH READ LOCK;" | /usr/local/bin/mysql -u root -pmyrootpassword -h slave

echo "==== Snapshotting the slave db filesystem as zroot/jails/slave@staging ===="
zfs snapshot zroot/jails/slave@staging

echo "==== Starting the slave database server ===="
jail -c slave

echo "==== Cloning the slave snapshot to the staging server ===="
zfs clone zroot/jails/slave@staging zroot/jails/staging

echo "==== Installing the staging mysql config ===="
mv /jails/staging/usr/local/etc/my.cnf /jails/staging/usr/local/etc/my.cnf.slave
cp /jails/staging/usr/local/etc/my.cnf.staging /jails/staging/usr/local/etc/my.cnf

echo "==== Setting up the staging rc.conf file ===="
mv /jails/staging/etc/rc.conf.local /jails/staging/etc/rc.conf.slave
mv /jails/staging/etc/rc.conf.staging /jails/staging/etc/rc.conf.local

echo "==== Starting the staging db server ===="
jail -c staging

echo "==== Makes the staging database not pull from the master ===="
echo "STOP SLAVE;" | /usr/local/bin/mysql -u root -pmyrootpassword -h staging
echo "RESET SLAVE;" | /usr/local/bin/mysql -u root -pmyrootpassword -h staging
```


### 延伸阅读

* [BSDNow's Crash Course on ZFS](http://www.bsdnow.tv/tutorials/zfs)
* [FreeBSD Handbook on ZFS](https://www.freebsd.org/doc/en_US.ISO8859-1/books/handbook/zfs.html)
* [BSDNow's Crash Course on ZFS](http://www.bsdnow.tv/tutorials/zfs)
* [Oracle's Tuning Guide](http://www.oracle.com/technetwork/articles/servers-storage-admin/sto-recommended-zfs-settings-1951715.html)
* [OpenZFS Tuning Guide](http://open-zfs.org/wiki/Performance_tuning)
* [FreeBSD ZFS Tuning Guide](https://wiki.freebsd.org/ZFSTuningGuide)