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title: 第 21 章 文件系统 Support
part: 部分 III. 系统管理
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[[filesystems]]
= 文件系统 Support
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[[filesystems-synopsis]]
== 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(TM) 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(R) 的扩展文件系统 （EXT），和 Sun(TM) 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(TM) 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(R) 和 FreeBSD 基本知识 (crossref:basics[basics,UNIX 基础])。
* 熟悉基本的内核配置/编译方法 (crossref:kernelconfig[kernelconfig,配置FreeBSD的内核])。
* 熟悉在 FreeBSD 上安装第三方软件 (crossref:ports[ports,安装应用程序. Packages 和 Ports])。
* 熟悉 FreeBSD 上的磁盘，存储和设备名 (crossref:disks[disks,存储])。

[[filesystems-zfs]]
== Z 文件系统 (ZFS)

Z 文件系统是由 Sun(TM) 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。

=== 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：

==== 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。

==== 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 [.filename]#/boot/loader.conf# 加载。

i386(TM) 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：

[.programlisting]
....
options 	KVA_PAGES=512
....

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。

==== Loader 可调参数

所有构架上 FreeBSD 都应该加大 [.filename]#kmem# 地址空间。在有 1GB 物理内存的测试系统上，在 [.filename]#/boot/loader.conf# 中加入如下的参数并且重启后通过了测试。

[.programlisting]
....
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[http://wiki.freebsd.org/ZFSTuningGuide].

=== 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：

[source,shell]
....
# 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 [.filename]#da0#， [.filename]#da1# 和 [.filename]#da2#。 IDE 硬件的用户可以使用 [.filename]#ad# 代替 SCSI。

==== 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：

[source,shell]
....
# zpool create example /dev/da0
....

可以通过 `df` 的输出查看新的存储池：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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 [.filename]#/example/compressed#。

使用这个命令可以禁用压缩：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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。

==== 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， [.filename]#da0#， [.filename]#da1# 和 [.filename]#da2# (或者 [.filename]#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:

[source,shell]
....
# zpool create storage raidz da0 da1 da2
....

[NOTE]
====
Sun(TM) 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 man: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 man:mount[8] 和 man: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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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 [.filename]#/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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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 [.filename]#.zfs/snapshot# 目录。例如，执行如下命令来查看之前抓取的快照：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# zfs destroy storage/home@08-30-08
....

在所有这些测试之后，我们没有理由再把 [.filename]#/store/home# 这样放置了。让它称为真正的 [.filename]#/home# 文件系统：

[source,shell]
....
# 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 [.filename]#/home#：

[source,shell]
....
# 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 man: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：

[source,shell]
....
# echo 'daily_status_zfs_enable="YES"' >> /etc/periodic.conf
....

==== 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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
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：

[source,shell]
....
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：

[source,shell]
....
# zpool offline storage da1
....

现在切断系统电源之后就可以替换下 [.filename]#da1# 了。 当系统再次上线时，使用如下的命令替换磁盘：

[source,shell]
....
# zpool replace storage da1
....

至此可用不带 `-x` 标志的命令再次检查状态：

[source,shell]
....
# 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。

==== 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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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：

[source,shell]
....
# 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。

Z 文件系统有更多的选项，请参阅 man:zfs[8] 和 man:zpool[8] 手册页。
