深入理解ZFS文件系统基础

RAIDZ vs RAID本质区别

• 传统RAID访问,如果出现坏块，上层应用也会读取到坏块

• ZFS的RAIDZ访问,如果出现坏块，通过内部机制构造完整块给应用

ZFS存储池

• 设计用来管理物理设备，就像管理linux内核的虚拟内存一样
• 存储池内所有文件系统共享存储空间
• 存储池是由一颗树组成，叶子节点是物理磁盘设备，非叶子节点是逻辑设备(逻辑设备是按照mirror/raid-1或者其他存储模式通过叶子节点的物理设备构建起来的逻辑设备

ZFS内核架构

• VFS:Linux内核的虚拟文件系统
• SPA:从内核中多个设备抽象出来的存储池
• ZPL:ZFS的Posix层
• ZVOL:基于DMU层的提供块设备接口的抽象
• ZAP:基于DMU提供的对象抽象构建name/value的键值对存储
• DMU:基于块基础上提供对象管理的抽象
• ZIL:记录zfs的事务的日志抽象
• ARC:ZFS基于内存的数据缓存
• L2ARC:ZFS基于高速设备的二次数据缓存
• SLOG:ZFS的日志存储模块
• ZIO:基于pipeline和事件驱动机制的ZFS IO调度器
• MeataSlab:ZFS的块分配器
• VDEV:基于多个磁盘设备并且为Stripe/Mirror/RaidZ多种存储模式的存储池管理和抽象
• DSL:ZFS的数据集和快照管理的抽象

ZFS内部数据组织

• ZFS中几乎存在的所有数据都是以对象的形式呈现,ZFS存储池是以树这种数据结构呈现，uberblock节点是对象的root,中间节点是元数据对象，叶子节点是真实数据。
• 这个组织上最上层是uberblock,第二层是元数据层Meta Object Set Layer,第三层是对象层(Object Set Layer).uberblock持有meta object数据,它描述了具体Object的元数据，object是具体的用户数据
• uberblock指向一组meta object set的描述元数据对象. Meta Object包括filesystem、snapshots、clones、ZVOLS、存储池的空间位图数据块.Meta-Object Set指向一组object对象的集合,Object Set指向具体的文件、目录、硬链等具体的数据

ZFS内部结构关系

ZFS刷脏流程

• 从刷脏流程可以看出，数据是从Object Set Layer->Meta Object Set Layer ->uberblock