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第 21 章 文件系统 Support
Table of Contents
21.1. 概述
文件系统对于任何操作系统来说都是一个不可缺的部分。 它们允许用户上载和存储文件,提供对数据的访问,当然, 是使硬盘能具有实际的用途。不同的操作系统通常都有一个共同的主要方面, 那就是它们原生的文件系统。在 FreeBSD 上这个文件系统通常被称为快速文件系统或者 FFS, 这是基于原来的 Unix™ 文件系统,通常也被称为 UFS。 这是 FreeBSD 用于在磁盘上访问数据的原生的文件系统。
FreeBSD 也支持数量繁多的不同的文件系统, 用于提供本地从其他操作系统上访问数据的支持, 那些就是指存放在本地挂载的 USB 存储设备,闪存设备和硬盘上的数据。还支持一些非原生的文件系统。 这些文件系统是在其他的操作系统上开发的,像 Linux® 的扩展文件系统 (EXT),和 Sun™ 的 Z 文件系统 (ZFS)。
FreeBSD 上对于各种文件系统的支持分成不同的层次。 一些要求加载内核模块,另外的可能要求安装一系列的工具。 这一章节旨在帮助 FreeBSD 用户在他们的系统上访问其他的文件系统, 由 Sun™ 的 Z 文件系统开始。
在阅读了这一章节之后,你将了解:
原生与被支持的文件系统之间的区别。
FreeBSD 支持哪些文件系统。
如何起用,配置,访问和使用非原生的文件系统。
在阅读这章以前,你应该:
了解 UNIX® 和 FreeBSD 基本知识 (UNIX 基础)。
熟悉基本的内核配置/编译方法 (配置FreeBSD的内核)。
熟悉在 FreeBSD 上安装第三方软件 (安装应用程序. Packages 和 Ports)。
熟悉 FreeBSD 上的磁盘,存储和设备名 (存储)。
21.2. Z 文件系统 (ZFS)
Z 文件系统是由 Sun™ 开发使用存储池方法的新技术。 这就是说只有在需要存储数据的时候空间才会被使用。 它也为保护数据最大完整性而设计的,支持数据快照, 多份拷贝和数据校验。增加了被称为 RAID-Z 的新的数据复制类型。RAID-Z 是种类似于 RAID5类型, 但被设计成防止写入漏洞。
21.2.1. 调整 ZFS
ZFS 子系统需利用到大量的系统资源, 所以可能需要一些调校来为日常应用提供最大化的效能。 作为 FreeBSD 的一项试验性的特性,这可能在不久的将来有所变化; 无论如何,下面的这些步骤是我们推荐的:
21.2.1.1. 内存
总共的系统内存至少应有 1GB,推荐 2GB 或者更多。 在此处所有的例子中,我们使用了 1GB 内存的系统并配合了一些恰当的调校。
有些人在少于 1GB 内存的环境有幸正常使用, 但是在这样有限的物理内存的条件下,当系统的负载很高时, FreeBSD 极有可能因于内存耗尽而崩溃。
21.2.1.2. 内核配置
我们建议把未使用的驱动和选项从内核配置文件中去除。 既然大部份的驱动都有以模块的形式存在,它们就可以很容易的通过 /boot/loader.conf 加载。
i386™ 构架的用户应在内核配置文件中加入以下的选项, 重新编译内核并重启机器:
这个选项将扩展内核的地址空间, 因而允许 vm.kvm_size
能够超越 1 GB 的限制(PAE为 2 GB)。 为了找出这个选项最合适的值, 把以兆(MB)为单位所需的地址空间除以 4 得到。 在这个例子中,512
则为 2 GB。
21.2.1.3. Loader 可调参数
所有构架上 FreeBSD 都应该加大 kmem 地址空间。在有 1GB 物理内存的测试系统上,在 /boot/loader.conf 中加入如下的参数并且重启后通过了测试。
vm.kmem_size="330M" vm.kmem_size_max="330M" vfs.zfs.arc_max="40M" vfs.zfs.vdev.cache.size="5M"
更多 ZFS 相关推荐调校的细节请参阅 http://wiki.freebsd.org/ZFSTuningGuide.
21.2.2. 使用 ZFS
FreeBSD 有一种启动机制能在系统初始化时挂载 ZFS 存储池。 可以通过以下的命令设置:
# echo 'zfs_enable="YES"' >> /etc/rc.conf
# /etc/rc.d/zfs start
这份文档剩余的部分假定系统中有 3 块 SCSI 磁盘可用, 它们的设备名分别为 da0, da1 和 da2。 IDE 硬件的用户可以使用 ad 代替 SCSI。
21.2.2.1. 单个磁盘存储池
在单个磁盘上创建一个简单, 非冗余的 ZFS, 使用 zpool
命令:
# zpool create example /dev/da0
可以通过 df
的输出查看新的存储池:
# df
Filesystem 1K-blocks Used Avail Capacity Mounted on
/dev/ad0s1a 2026030 235230 1628718 13 /
devfs 1 1 0 100 /dev
/dev/ad0s1d 54098308 1032846 48737598 2 /usr
example 17547136 0 17547136 0 /example
这份输出清楚的表明了 example
存储池不仅创建成功而且被 挂载 了。 我们能像访问普通的文件系统那样访问它, 就像以下例子中演示的那样,用户能够在上面创建文件并浏览:
# cd /example
# ls
# touch testfile
# ls -al
total 4
drwxr-xr-x 2 root wheel 3 Aug 29 23:15 .
drwxr-xr-x 21 root wheel 512 Aug 29 23:12 ..
-rw-r--r-- 1 root wheel 0 Aug 29 23:15 testfile
遗憾的是这个存储池并没有利用到 ZFS 的任何特性。 在这个存储池上创建一个文件系统,并启用压缩:
# zfs create example/compressed
# zfs set compression=gzip example/compressed
现在 example/compressed
是一个启用了压缩的 ZFS 文件系统了。 可以尝试复制一些大的文件到 /example/compressed。
使用这个命令可以禁用压缩:
# zfs set compression=off example/compressed
使用如下的命令卸载这个文件系统,并用 df
工具确认:
# zfs umount example/compressed
# df
Filesystem 1K-blocks Used Avail Capacity Mounted on
/dev/ad0s1a 2026030 235232 1628716 13 /
devfs 1 1 0 100 /dev
/dev/ad0s1d 54098308 1032864 48737580 2 /usr
example 17547008 0 17547008 0 /example
重新挂在这个文件系统使之能被访问, 并用 df
确认:
# zfs mount example/compressed
# df
Filesystem 1K-blocks Used Avail Capacity Mounted on
/dev/ad0s1a 2026030 235234 1628714 13 /
devfs 1 1 0 100 /dev
/dev/ad0s1d 54098308 1032864 48737580 2 /usr
example 17547008 0 17547008 0 /example
example/compressed 17547008 0 17547008 0 /example/compressed
存储池与文件系统也可通过 mount
的输出查看:
# mount
/dev/ad0s1a on / (ufs, local)
devfs on /dev (devfs, local)
/dev/ad0s1d on /usr (ufs, local, soft-updates)
example on /example (zfs, local)
example/data on /example/data (zfs, local)
example/compressed on /example/compressed (zfs, local)
正如前面所提到的,ZFS 文件系统, 在创建之后就能像普通的文件系统那样使用。然而, 还有很多其他的特性是可用的。在下面的例子中, 我们将创建一个新的文件系统,data
。 并要在上面存储些重要的文件, 所以文件系统需要被设置成把每一个数据块都保存两份拷贝:
# zfs create example/data
# zfs set copies=2 example/data
现在可以再次使用 df
查看数据和空间的使用状况:
# df
Filesystem 1K-blocks Used Avail Capacity Mounted on
/dev/ad0s1a 2026030 235234 1628714 13 /
devfs 1 1 0 100 /dev
/dev/ad0s1d 54098308 1032864 48737580 2 /usr
example 17547008 0 17547008 0 /example
example/compressed 17547008 0 17547008 0 /example/compressed
example/data 17547008 0 17547008 0 /example/data
请注意存储池上的每一个文件系统都有着相同数量的可用空间。 这就是我们在这些例子中使用 df
的原因, 是为了文件系统都是从相同的存储池取得它们所需的空间。 ZFS 去掉了诸如卷和分区此类的概念, 并允许多个文件系统占用同一个存储池。 不再需要文件系统与存储池的时候能像这样销毁它们:
# zfs destroy example/compressed
# zfs destroy example/data
# zpool destroy example
磁盘无法避免的会坏掉和停止运转。 当这块磁盘坏掉的时候,上面的数据都将丢失。 一个避免因磁盘损坏而丢失数据的方法是使用 RAID。ZFS 在它的存储池设计中支持这样的特性, 这便是下一节将探讨的。
21.2.2.2. ZFS RAID-Z
正如前文中所提到的,这一章节将假设存在 3 个 SCSI 设备, da0, da1 和 da2 (或者 ad0 和超出此例使用了 IDE 磁盘)。 使用如下的命令创建一个 RAID-Z 存储池:
# zpool create storage raidz da0 da1 da2
Sun™ 推荐在一个 RAID-Z 配置中使用的磁盘数量为 3 至 9 块。 如果你要求在单独的一个存储池中使用 10 块或更多的磁盘, 请考虑分拆成更小 RAID-z 组。 如果你只有 2 块磁盘, 并仍然需要冗余, 请考虑使用 ZFS 的 mirror 特性。 更多细节请参考 zpool(8) 手册页。 |
zpool storage
至此就创建好了。 可以如前文提到的那样使用 mount(8) 和 df(1) 确认。 如需配给更多的磁盘设备则把它们加这个列表的后面。 在存储池上创建一个叫 home
的文件系统, 用户的文件最终都将被保存在上面:
# zfs create storage/home
像前文中提到的那样,用户的目录与文件也可启用压缩并保存多份拷贝, 可通过如下的命令完成:
# zfs set copies=2 storage/home
# zfs set compression=gzip storage/home
把用户的数据都拷贝过来并创建一个符号链接, 让他们开始使用这个新的目录:
# cp -rp /home/* /storage/home
# rm -rf /home /usr/home
# ln -s /storage/home /home
# ln -s /storage/home /usr/home
现在用户的数据应该都保存在新创建的 /storage/home 上了。 测试添加一个新用户并以这个身份登录。
尝试创建一个可日后用来回退的快照:
# zfs snapshot storage/home@08-30-08
请注意快照选项将只会抓取一个真实的文件系统, 而不是某个用户目录或文件。@
字符为文件系统名或卷名的分隔符。 当用户目录被损坏时,可用如下命令恢复:
# zfs rollback storage/home@08-30-08
获得所有可用快照的列表,可使用 ls
命令查看文件系统的 .zfs/snapshot 目录。例如,执行如下命令来查看之前抓取的快照:
# ls /storage/home/.zfs/snapshot
可以编写一个脚本来每月定期抓取用户数据的快照,久而久之, 快照可能消耗掉大量的磁盘空间。 之前创建的快照可用以下命令删除:
# zfs destroy storage/home@08-30-08
在所有这些测试之后,我们没有理由再把 /store/home 这样放置了。让它称为真正的 /home 文件系统:
# zfs set mountpoint=/home storage/home
使用 df
和 mount
命令将显示现在系统把我们的文件系统真正当作了 /home:
# mount
/dev/ad0s1a on / (ufs, local)
devfs on /dev (devfs, local)
/dev/ad0s1d on /usr (ufs, local, soft-updates)
storage on /storage (zfs, local)
storage/home on /home (zfs, local)
# df
Filesystem 1K-blocks Used Avail Capacity Mounted on
/dev/ad0s1a 2026030 235240 1628708 13 /
devfs 1 1 0 100 /dev
/dev/ad0s1d 54098308 1032826 48737618 2 /usr
storage 26320512 0 26320512 0 /storage
storage/home 26320512 0 26320512 0 /home
这样就基本完成了 RAID-Z 的配置了。使用夜间 periodic(8) 获取有关文件系统创建之类的状态更新, 执行如下的命令:
# echo 'daily_status_zfs_enable="YES"' >> /etc/periodic.conf
21.2.2.3. 修复 RAID-Z
每一种软 RAID 都有监测它们 状态
的方法。 ZFS 也不例外。 可以使用如下的命令查看 RAID-Z 设备:
# zpool status -x
如果所有的存储池处于健康状态并且一切正常的话, 将返回如下信息:
all pools are healthy
如果存在问题,可能是一个磁盘设备下线了, 那么返回的存储池的状态将看上去是类似这个样子的:
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
在这个例子中,这是由管理员把此设备下线后的状态。 可以使用如下的命令将磁盘下线:
# zpool offline storage da1
现在切断系统电源之后就可以替换下 da1 了。 当系统再次上线时,使用如下的命令替换磁盘:
# zpool replace storage da1
至此可用不带 -x
标志的命令再次检查状态:
# zpool status storage
pool: storage
state: ONLINE
scrub: resilver completed with 0 errors on Sat Aug 30 19:44:11 2008
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
在这个例子中,一切都显示正常。
21.2.2.4. 数据校验
正如前面所提到的,ZFS 使用 校验和
(checksum) 来检查存储数据的完整性。 这时在文件系统创建时自动启用的,可使用以下的命令禁用:
# zfs set checksum=off storage/home
这不是个明智的选择,因为校验和 不仅非常有用而且只需占用少量的存储空间。 并且启用它们也不会明显的消耗过多资源。 启用后就可以让 ZFS 使用校验和校验来检查数据的完整。 这个过程通常称为 "scrubbing"。 可以使用以下的命令检查 storage
存储池里数据的完整性:
# zpool scrub storage
这个过程需花费相当长的时间,取决于存储的数据量。 而且 I/O 非常密集, 所以在任何时间只能执行一个这样的操作。 在 scrub 完成之后,状态就会被更新, 可使用如下的命令查看:
# zpool status storage
pool: storage
state: ONLINE
scrub: scrub completed with 0 errors on Sat Aug 30 19:57:37 2008
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
这个例子中完成时间非常的清楚。 这个特性可以帮助你在很长的一段时间内确保数据的完整。
Last modified on: December 11, 2021 by Sergio Carlavilla Delgado