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這篇文章主要為大家展示了“SOLARIS ZFS 文件系統(tǒng)的示例分析”，內(nèi)容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓丸趣 TV 小編帶領(lǐng)大家一起研究并學(xué)習(xí)一下“SOLARIS ZFS 文件系統(tǒng)的示例分析”這篇文章吧。
ZFS 是 SUN 推出的世界上第一個(gè) 128 位的文件系統(tǒng)，這意味著它能存儲 1800 億億 (18.4 × 10^1 8) 倍于當(dāng)前 64 位文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。ZFS 的設(shè)計(jì)如此超前以至于這個(gè)極限就當(dāng)前現(xiàn)實(shí)際可能永遠(yuǎn)無法遇到。據(jù)說：“要填滿一個(gè) 128 位的文件系統(tǒng)，將耗盡地球上所有存儲設(shè)備。除非你擁有煮沸整個(gè)海洋的能量，不然你不可能將其填滿。(Populating 128-bit file systems would exceed the quantum limits of earth-based storage. You couldn t fill a 128-bit storage pool without boiling the oceans.)”[1]
以下是 ZFS 的一些理論極限：
* 2^48 — 任意文件系統(tǒng)的快照數(shù)量 (2 × 10^14)
* 2^48 — 任何單獨(dú)文件系統(tǒng)的文件數(shù) (2 × 10^14)
* 16 exabytes (2^64 byte) — 文件系統(tǒng)最大尺寸
* 16 exabytes (2^64 byte) — 最大單個(gè)文件尺寸
* 16 exabytes (2^64 byte) — 最大屬性大小
* 3 × 10^23 petabytes (2^78 byte) — 最大 zpool 大小
* 2^56 — 單個(gè)文件的屬性數(shù)量(受 ZFS 文件數(shù)量的約束，實(shí)際為 2^4 8)
* 2^56 — 單個(gè)目錄的文件數(shù)(受 ZFS 文件數(shù)量的約束，實(shí)際為 2^4 8)
* 2^64 — 單一 zpool 的設(shè)備數(shù)
* 2^64 — 系統(tǒng)的 zpools 數(shù)量
* 2^64 — 單一 zpool 的文件系統(tǒng)數(shù)量
作為對這些數(shù)字的感性認(rèn)識，假設(shè)每秒鐘創(chuàng)建 1,000 個(gè)新文件，達(dá)到 ZFS 文件數(shù)極限需要大約 9,000 年。
在辯解填滿 ZFS 與煮沸海洋的關(guān)系時(shí)，Bonwick 寫到：
盡管我們都希望摩爾定律永遠(yuǎn)延續(xù)，但是量子力學(xué)給定了任何物理設(shè)備上計(jì)算速率（computation rate）與信息量的理論極限。舉例而言，一個(gè)質(zhì)量為 1 公斤，體積為 1 升的物體，每秒至多在 10^31 位信息 上進(jìn)行 10^51 次運(yùn)算。[參考 Seth Lloyd, Ultimate physical limits to computation（計(jì)算的終極物理限制）. Nature 406, 1047-1054 (2000)]。一個(gè)完全的 128 位存儲池將包含 2^128 個(gè)塊 = 2^137 字節(jié) = 2^140 位；應(yīng)此，保存這些數(shù)據(jù)位至少需要(2^140 位) / (10^31 位 / 公斤) = 1360 億公斤的物質(zhì)。
補(bǔ)充：
使用 ZFS 的十條理由
1. 再也不需要 fsck, scandisk
不管你是在用 Linux，UNIX 還是 Windows，相信大家都有過類似的體會：當(dāng)系統(tǒng)意外斷電或者非法關(guān)機(jī)，系統(tǒng)重起后發(fā)現(xiàn)文件系統(tǒng)有 inconsistent 的問題，這時(shí) 候就需要 fsck 或者 scandisk 來修復(fù)，這段時(shí)間是非常耗時(shí)而且最后不一定能夠修復(fù)成功。更糟糕的是，如果這是一臺服務(wù)器需要做 fsck 的時(shí)候，只能 offline（下線），而且現(xiàn)有應(yīng)用往往都是大硬盤，相應(yīng) fsck 修復(fù)時(shí)間也很長，這對許多使用該服務(wù)器的用戶來說幾乎不能忍受的。而使用 ZFS 后大家可以徹底拋棄 fsck 這種工具，因?yàn)?ZFS 是一個(gè)基于 COW（Copy on Write）機(jī)制的文件系統(tǒng)。COW 是不會對硬盤上現(xiàn)有的文件進(jìn)行重寫，保證所有硬盤上的文件都是有效的。所以不會有這種 inconsistent 的概念，自然就不需要這種工具了。
2. 管理簡單
ZFS 作為一個(gè)全新的文件系統(tǒng)，全面拋棄傳統(tǒng) File System + Volume Manager + Storage 的架構(gòu)，所有的存儲設(shè)備是通過 ZFS Pool 進(jìn)行管理，只要把各種存儲設(shè)備加 入同一個(gè) ZFS Pool，大家就可以輕松的在這個(gè) ZFS Pool 管理配置文件系統(tǒng)。大家再也不用牢記各種專業(yè)概念，各種命令 newfs, metinit 及各種 Volume Manager 的用法。在 ZFS 中我們只需要兩個(gè)命令，zpool(針 對 ZFS Pool 管理)和 zfs(針對 ZFS 文件系統(tǒng)的管理)，就可以輕松管理 128 位的文件系統(tǒng)。舉個(gè)例子，我們經(jīng)常會遇到系統(tǒng)數(shù)據(jù)增長過快，現(xiàn)有存儲容量不夠，需要添加硬盤，如果依照傳統(tǒng)的 Volume Manager 管理方式，那我們需要預(yù)先要考慮很多現(xiàn)有因素，還要預(yù)先根據(jù)應(yīng)用計(jì)算出需要配置的各種參數(shù)。在 ZFS 情況下，我們的系統(tǒng)管理員可以徹底解放，再也不需要這種人為的復(fù)雜考慮和計(jì)算，我們可以把這些交給 ZFS，因?yàn)?ZFS Pool 會自動調(diào)節(jié)，動態(tài)適應(yīng)需求。我們只需一個(gè)簡單的命令為這個(gè) ZFS Pool 加入新的硬盤就可以了：
zpool add zfs_pool mirror c4t0d0 c5t0d0
基于這個(gè)動態(tài)調(diào)節(jié)的 ZFS Pool 之上的所有的文件系統(tǒng)就可以立即使用到這個(gè)新的硬盤，并且會自動的選擇最優(yōu)化的參數(shù)。
而且 ZFS 同時(shí)也提供圖形化的管理界面。
3. 沒有任何容量限制
ZFS（Zettabyte File System）文件系統(tǒng)就如其名字所預(yù)示，可以提供真正的海量存儲，在現(xiàn)實(shí)中幾乎不可能遇到容量問題。在現(xiàn)有的 64 位 kernel（內(nèi)核）下，它可以容納達(dá)到 16 Exabytes(264)大小的單個(gè)文件，可以使用 264 個(gè)存儲設(shè)備，可以創(chuàng)建 264 個(gè)文件系統(tǒng)。
4. 完全保證 數(shù)據(jù) 的正確和完整
由于 ZFS 所有的數(shù)據(jù)操作都是基于 Transaction（事務(wù)），一組相應(yīng)的操作會被 ZFS 解析為一個(gè)事務(wù)操作，事務(wù)的操作就代表著一組操作要么一起失敗，要么一起成功。而且如前所說，ZFS 對 所有的操作是基于 COW（Copy on Write），從而保證設(shè)備上的數(shù)據(jù)始終都是有效的，再也不會因?yàn)橄到y(tǒng)崩潰或者意外掉電導(dǎo)致數(shù)據(jù)文件的 inconsistent。
還有一種潛在威脅數(shù)據(jù)的可能是來自于硬件設(shè)備的問題，比如磁盤，RAID 卡的硬件問題或者驅(qū)動 bug?，F(xiàn)有文件系統(tǒng)通常遇到這個(gè)問題，往往只是簡單的把錯(cuò)誤數(shù)據(jù)直接交給上層應(yīng)用，通常我們把這個(gè)問題稱作 Silent Data Corruption。而在 ZFS 中，對所有數(shù)據(jù)不管是用戶數(shù)據(jù)還是文件系統(tǒng)自身的 metadata 數(shù)據(jù)都進(jìn)行 256 位的 Checksum（校驗(yàn)），當(dāng) ZFS 在提交數(shù)據(jù)時(shí)會進(jìn)行校驗(yàn)，徹底杜絕這種 Silent Data Corruption 情況。
5. 提供優(yōu)異 性能和擴(kuò)展性
和傳統(tǒng) File System + Volume Manager + Storage 架構(gòu)不同，ZFS 則是直接基于存儲設(shè)備提供所有的功能，因此有自己獨(dú)有的創(chuàng)新特性，性能自然非比尋常。
* Dynamic Striping vs. Static Striping
由于 ZFS 是基于 COW 和一個(gè)全局動態(tài)的 ZFS Pool，任何一次寫 操作，都是對一塊新數(shù)據(jù)塊（Block）的一次寫操作。ZFS 從 ZFS Pool 中動態(tài)挑選出一個(gè)最優(yōu)的設(shè)備，并且以一個(gè) transaction（事務(wù)）線性寫入，充分有效地利用了現(xiàn)有設(shè)備的帶寬，我們把這個(gè)特性稱為 Dynamic Striping。而相對應(yīng)的 Static Striping 則是傳統(tǒng)文件系統(tǒng)所使用的方式，Static Striping 需要管理員預(yù)先對這組 Stripe 進(jìn)行正確地計(jì)算人為設(shè)置，而且如果加入新的設(shè)備則需要再次人為的計(jì)算和設(shè)置，更為嚴(yán)重的是如果人為計(jì)算錯(cuò)誤，則會直接影響系統(tǒng)的性能。而在使用 Dynamic Striping 這種特性之后，我們根本不需要人為介入，ZFS 會自動調(diào)整，智能的為你提供最佳的設(shè)備，最快的操作方式。
* 支持多種 大小的數(shù)據(jù)塊（Multiple Block Size）
ZFS 支持多種大小的數(shù)據(jù)塊定義，從 512 字節(jié)到 1M 字節(jié)。和傳統(tǒng)文件系統(tǒng)往往都是固定大小數(shù)據(jù)塊不同，ZFS 則是可以動態(tài)的根據(jù)不同 大小的文件進(jìn)行計(jì)算，動態(tài)的選擇最佳的數(shù)據(jù)塊。
因?yàn)椴煌笮?shù)據(jù)塊，直接影響到實(shí)際使用硬盤容量和讀取速度。如果使用較小的數(shù)據(jù)塊，存儲文件所導(dǎo)致的碎片則較少，讀寫小文件更快一些，但是會導(dǎo)致需要創(chuàng)建更多的 metadata，讀寫大文件則會更費(fèi)時(shí)。如果使用較大的數(shù)據(jù)塊，使用的 metadata 較少，更利于讀寫大文件，但是會導(dǎo)致更多的碎片。ZFS 根據(jù)實(shí)際調(diào)查現(xiàn)有文件使用的情況，分析出一個(gè)選擇數(shù)據(jù)塊大小的算法，動態(tài)的根據(jù)實(shí)際文件大小確定最佳的數(shù)據(jù)塊。所以 ZFS 是非常智能的，在不需要系統(tǒng)管理員介入，就可以得到一個(gè)自我調(diào)優(yōu)的結(jié)果。當(dāng)然 ZFS 也支持用戶對單個(gè)文件或者整個(gè)文件系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)塊大小的自定義設(shè)置。
* 智能預(yù)讀?。↖ntelligent Prefetch）
多數(shù)的操作系統(tǒng)都有這種將數(shù)據(jù)預(yù)先讀取的功能，而 ZFS 則是建立在文件系統(tǒng)上直接提供的一種更加智能的數(shù)據(jù)預(yù)讀取功能。它不僅可以智能地識別出多種讀取模式，進(jìn)行提前讀取數(shù)據(jù)，而且可以對每個(gè)讀取數(shù)據(jù)流進(jìn)行這種預(yù)讀取智能識別，這個(gè)對許多流媒體提供者來說是件非常好的事情。
在擴(kuò)展性上，和現(xiàn)有文件系統(tǒng)多是基于一個(gè)受限的靜態(tài)模型不同，ZFS 是采用 ZFS Pool 這個(gè)動態(tài)概念，它的 metadata 也是動態(tài)，并且讀寫操作都是可并行的，并且具有優(yōu)先級概念，所以即使在大數(shù)據(jù)量，多設(shè)備的情況下仍可以保證性能的線性增長。
6. 自我修復(fù)功能
* ZFS Mirror 和 RAID-Z
傳統(tǒng)的硬盤 Mirror 及 RAID 4，RAID 5 陣列方式都會遇到前面提到過的問題：Silent Data Corruption。如果發(fā)生了某塊硬盤物理問題導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，現(xiàn)有的 Mirror，包括 RAID 4，RAID 5 陣列會默默地把這個(gè)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)提交給上層應(yīng)用。如果這個(gè)錯(cuò)誤發(fā)生在 Metadata 中，則會直接導(dǎo)致系統(tǒng)的 Panic。而且還有一種更為嚴(yán)重的情況是：在 RAID 4 和 RAID 5 陣列中，如果系統(tǒng)正在計(jì)算 Parity 數(shù)值，并再次寫入新數(shù)據(jù)和新 Parity 值的時(shí)候發(fā)生斷電，那么整個(gè)陣列的所有存儲的數(shù)據(jù)都毫無意義了。
在 ZFS 中則提出了相對應(yīng)的 ZFS Mirror 和 RAID- Z 方式，它在負(fù)責(zé)讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候會自動和 256 位校驗(yàn)碼進(jìn)行校驗(yàn)，會主動發(fā)現(xiàn)這種 Silent Data Corruption，然后通過相應(yīng)的 Mirror 硬盤或者通過 RAID- Z 陣列中其他硬盤得到正確的數(shù)據(jù)返回給上層應(yīng)用，并且同時(shí)自動修復(fù)原硬盤的 Data Corruption。
* Fault Manager
在 Solaris 10 中，包含 一個(gè) ZFS 診斷引擎和 Solaris 的 Fault Manager（這也是 Solaris 10 的另一個(gè)新特性）交互，可以實(shí)時(shí)地診斷分析并且報(bào)告 ZFS Pool 和存儲設(shè)備的錯(cuò)誤，用戶可以通過 Fault Manager 及時(shí)得到一個(gè)非常友善的消息。這個(gè)診斷引擎雖然不會采取主動的行為去修復(fù)或者解決問題，但是會在消息中提示系統(tǒng)管理員可采取的動作。類似下面一個(gè) ZFS 報(bào)錯(cuò)消息，其中 REC-ACTION 就是建議采取的動作：
SUNW-MSG-ID: ZFS-8000-D3, TYPE: Fault, VER: 1, SEVERITY: Major
EVENT-TIME: Fri Mar 10 11:09:06 MST 2006
PLATFORM: SUNW,Ultra-60, CSN: -, HOSTNAME: neo
SOURCE: zfs-diagnosis, REV: 1.0
EVENT-ID: b55ee13b-cd74-4dff-8aff-ad575c372ef8
DESC: A ZFS device failed. Refer to http://sun.com/msg/ZFS-8000-D3 for more information.
AUTO-RESPONSE: No automated response will occur.
IMPACT: Fault tolerance of the pool maybe compromised.
REC-ACTION: Run’zpool status -x’and replace the bad device.
7. 安全
在安全上，ZFS 支持類似 NT 風(fēng)格 NFSv4 版的 ACL（讀取控制列表）。而且前面所提到的 256 位驗(yàn)證碼，用戶可選擇多種驗(yàn)證方式，包括 SHA-256 驗(yàn)證算法，從而在物理存儲單元級別上保證數(shù)據(jù)的安全性。
8. 超強(qiáng)功能
ZFS 作為“最后一個(gè)文件系統(tǒng)”，涵蓋了基本的文件系統(tǒng)和 Volume 管理的功能，同時(shí)一并提供許多企業(yè)級別的超強(qiáng)功能：Quota(配額)，Reservation(預(yù)留), Compression(壓 縮)，Snapshot(快照)，Clone（克?。?。并且速度非?？臁Ｓ辛诉@個(gè)文件系統(tǒng)，大家再也不需要任何 Volume Manager 了。
9. 兼容性
ZFS 是一個(gè)完全兼容 POSIX 規(guī)范的文件系統(tǒng)，所以處于上層的應(yīng)用程序是完全不受影響。ZFS 也提供一個(gè) Emulated Volume 模塊，可以把任何一個(gè) ZFS 文件系統(tǒng)作為普通的塊設(shè)備使用。同時(shí) ZFS 也可以使用基于 Volume Manager 構(gòu)建的 Volume 作為存儲設(shè)備單 元。這樣在不需要修改應(yīng)用程序，不修改已有文件系統(tǒng)下，給了大家最大的自由度去獲得 ZFS 提供的各種特性。
10. 開源
ZFS 是 Sun Microsystems 公司作為 OpenSolaris 的一個(gè)開源項(xiàng)目運(yùn)作并且完全免費(fèi)使用，點(diǎn)擊這里(http: //www.opensolaris.org/os/community/zfs/source/) 可以直接瀏覽到 ZFS 的代碼。這就代表著我們不僅同時(shí)可以享受商業(yè)公司的高質(zhì)量，也可以獲得開源模式的優(yōu)點(diǎn)。
雖然目前只有 Solaris 支持該文件系統(tǒng)，但是這種開源的模式必定會促進(jìn)更多基于 ZFS 的應(yīng)用?，F(xiàn)在已經(jīng)有國外開發(fā)者正在將 ZFS 移植到 Linux 和 Mac OS 上來。如果想要體驗(yàn)一下 ZFS，由于目前它和 Solaris 10 綁定在一起，所以需要下載最新版的 Solaris 10 6/06。
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