初學者指南：ZFS 是什麼，為什麼要使用 ZFS？

知識 09-22

編譯自： https://itsfoss.com/what-is-zfs/
作者： John Paul

譯者： Lv Feng

今天，我們來談論一下 ZFS，一個先進的文件系統。我們將討論 ZFS 從何而來，它是什麼，以及為什麼它在科技界和企業界如此受歡迎。

雖然我是一個美國人，但我更喜歡讀成 ZedFS 而不是 ZeeFS，因為前者聽起來更酷一些。你可以根據你的個人喜好來發音。

注意：在這篇文章中，你將會看到 ZFS 被提到很多次。當我在談論特性和安裝的時候，我所指的是 OpenZFS 。自從甲骨文(Oracle)公司放棄 OpenSolaris 項目之後，ZFS（由甲骨文公司開發）和 OpenZFS 已經走向了不同的發展道路。

ZFS 的歷史

Z 文件系統(Z File System)（ZFS）是由 Matthew Ahrens 和 Jeff Bonwick 在 2001 年開發的。ZFS 是作為太陽微系統(Sun MicroSystem) 公司的 OpenSolaris 的下一代文件系統而設計的。在 2008 年，ZFS 被移植到了 FreeBSD 。同一年，一個移植 ZFS 到 Linux 的項目也啟動了。然而，由於 ZFS 是通用開發和發布許可證 (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 內核中。為了解決這個問題，絕大多數 Linux 發行版提供了一些方法來安裝 ZFS　。

在甲骨文公司收購太陽微系統公司之後不久，OpenSolaris 就閉源了，這使得 ZFS 的之後的開發也變成閉源的了。許多 ZFS 開發者對這件事情非常不滿。三分之二的 ZFS 核心開發者，包括 Ahrens 和 Bonwick，因為這個決定而離開了甲骨文公司。他們加入了其它公司，並於 2013 年 9 月創立了 OpenZFS 這一項目。該項目引領著 ZFS 的開源開發。

讓我們回到上面提到的許可證問題上。既然 OpenZFS 項目已經和 Oracle 公司分離開了，有人可能好奇他們為什麼不使用和 GPL 兼容的許可證，這樣就可以把它加入到 Linux 內核中了。根據 OpenZFS 官網的介紹，更改許可證需要聯繫所有為當前 OpenZFS 實現貢獻過代碼的人（包括初始的公共 ZFS 代碼以及 OpenSolaris 代碼），並得到他們的許可才行。這幾乎是不可能的（因為一些貢獻者可能已經去世了或者很難找到），因此他們決定保留原來的許可證。

ZFS 是什麼，它有什麼特性？

正如前面所說過的，ZFS 是一個先進的文件系統。因此，它有一些有趣的特性。比如：

存儲池
寫時拷貝
快照
數據完整性驗證和自動修復
RAID-Z
最大單個文件大小為 16 EB（1 EB = 1024 PB）
最大 256 千萬億（256*10¹⁵ ）的 ZB（1 ZB = 1024 EB）的存儲

讓我們來深入了解一下其中一些特性。

存儲池

與大多數文件系統不同，ZFS 結合了文件系統和卷管理器的特性。這意味著，它與其他文件系統不同，ZFS 可以創建跨越一系列硬碟或池的文件系統。不僅如此，你還可以通過添加硬碟來增大池的存儲容量。ZFS 可以進行分區和格式化。

初學者指南：ZFS 是什麼，為什麼要使用 ZFS？

ZFS 存儲池

寫時拷貝

寫時拷貝 (Copy-on-write)是另一個有趣並且很酷的特性。在大多數文件系統上，當數據被重寫時，它將永久丟失。而在 ZFS 中，新數據會寫到不同的塊。寫完成之後，更新文件系統元數據信息，使之指向新的數據塊（LCTT 譯註：更新之後，原數據塊成為磁碟上的垃圾，需要有對應的垃圾回收機制）。這確保了如果在寫新數據的時候系統崩潰（或者發生其它事，比如突然斷電），那麼原數據將會保存下來。這也意味著，在系統發生崩潰之後，不需要運行 fsck 來檢查和修復文件系統。

快照

寫時拷貝使得 ZFS 有了另一個特性：快照(snapshots)。ZFS 使用快照來跟蹤文件系統中的更改。快照包含文件系統的原始版本（文件系統的一個只讀版本），實時文件系統則包含了自從快照創建之後的任何更改。沒有使用額外的空間。因為新數據將會寫到實時文件系統新分配的塊上。如果一個文件被刪除了，那麼它在快照中的索引也會被刪除。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建。

快照可以掛載成只讀的，以用來恢復一個文件的過去版本。實時文件系統也可以回滾到之前的快照。回滾之後，自從快照創建之後的所有更改將會丟失。

數據完整性驗證和自動修復

當向 ZFS 寫入新數據時，會創建該數據的校驗和。在讀取數據的時候，使用校驗和進行驗證。如果前後校驗和不匹配，那麼就說明檢測到了錯誤，然後，ZFS 會嘗試自動修正錯誤。

RAID-Z

ZFS 不需要任何額外軟體或硬體就可以處理 RAID（磁碟陣列）。毫不奇怪，因為 ZFS 有自己的 RAID 實現：RAID-Z 。RAID-Z 是 RAID-5 的一個變種，不過它克服了 RAID-5 的寫漏洞：意外重啟之後，數據和校驗信息會變得不同步（LCTT 譯註：RAID-5 的條帶在正寫入數據時，如果這時候電源中斷，那麼奇偶校驗數據將跟該部分數據不同步，因此前邊的寫無效；RAID-Z 用了「可變寬的 RAID 條帶」技術，因此所有的寫都是全條帶寫入）。為了使用基本級別的 RAID-Z （RAID-Z1），你需要至少三塊磁碟，其中兩塊用來存儲數據，另外一塊用來存儲奇偶校驗信息。而 RAID-Z2 需要至少兩塊磁碟存儲數據以及兩塊磁碟存儲校驗信息。RAID-Z3 需要至少兩塊磁碟存儲數據以及三塊磁碟存儲校驗信息。另外，只能向 RAID-Z 池中加入偶數倍的磁碟，而不能是奇數倍的。

巨大的存儲潛力

創建 ZFS 的時候，它是作為最後一個文件系統而設計的。那時候，大多數文件系統都是 64 位的，ZFS 的創建者決定直接跳到 128 位，等到將來再來證明這是對的。這意味著 ZFS 的容量大小是 32 位或 64 位文件系統的 1600 億億倍。事實上，Jeff Bonwick（其中一個創建者）說：「完全填滿一個 128 位的存儲池所需要的能量，從字面上講，比煮沸海洋需要的還多。」