Description de ZFS

Le système de fichiers ZFS présente des fonctions et des avantages uniques au monde. Ce système de fichiers révolutionnaire modifie radicalement les méthodes d'administration des systèmes de fichiers. Le système de fichiers ZFS est un système robuste, évolutif et facile à administrer.

Stockage ZFS mis en pool

ZFS utilise le concept de pools de stockage pour la gestion du stockage physique. Auparavant, l'élaboration des systèmes de fichiers reposait sur un périphérique physique unique. Afin de traiter plusieurs périphériques et d'assurer la redondance de données, le concept de gestionnaire de volume a été introduit pour fournir la représentation d'un périphérique. Ainsi, il n'est plus nécessaire de modifier les systèmes de fichiers pour bénéficier de plusieurs périphériques. Cette conception ajoutait un niveau de complexité supplémentaire et empêchait finalement les avancées de certains systèmes de fichiers, car le système de fichiers ne pouvait pas contrôler le placement physique des données dans les volumes virtualisés.

Le système de fichiers ZFS élimine la gestion du volume. Plutôt que de vous obliger à créer des volumes virtualisés, ZFS regroupe les périphériques dans un pool de stockage. Le pool de stockage décrit les caractéristiques physiques du stockage (disposition de périphérique, redondance de données, etc.) et agit en tant qu'espace de stockage de données arbitraires à partir duquel il est possible de créer des systèmes de fichiers. Désormais, les systèmes de fichiers ne sont plus limités à des périphériques individuels. Ainsi, ils peuvent partager l'espace disque avec l'ensemble des systèmes de fichiers du pool. Il n'est plus nécessaire de prédéterminer la taille des systèmes de fichiers, car celle-ci augmente automatiquement au sein de l'espace disque alloué au pool de stockage. En cas d'ajout d'espace de stockage, tous les systèmes de fichiers du pool peuvent immédiatement utiliser l'espace disque supplémentaire, sans requérir des tâches supplémentaires. Le pool de stockage fonctionne de la même manière qu'un système de mémoire virtuelle sous plusieurs aspects : lors de l'ajout d'un module DIMM à un système, le système d'exploitation ne force pas l'exécution de commandes pour configurer la mémoire et pour l'assigner aux processus. Tous les processus du système utilisent automatiquement la mémoire supplémentaire.

Sémantique transactionnelle

ZFS étant un système de fichiers transactionnel, l'état du système de fichiers reste toujours cohérent sur le disque. Les systèmes de fichiers classiques écrasent les données en place. Ainsi, en cas de réduction de la puissance du système, par exemple, entre le moment où un bloc de données est alloué et celui où il est lié à un répertoire, le système de fichiers reste incohérent. Auparavant, la commande fsck permettait de résoudre ce problème. Cette commande permettait de vérifier l'état du système de fichiers et de tenter de réparer les incohérences détectées au cours du processus. Les incohérences dans les systèmes de fichiers pouvaient poser de sérieux problèmes aux administrateurs. La commande fsck ne garantissait pas la résolution de tous les problèmes. Plus récemment, les systèmes de fichiers ont introduit le concept de journalisation. Le processus de journalisation enregistre les actions dans un journal séparé, lequel peut ensuite être lu en toute sécurité en cas de panne du système. Ce processus requiert un temps système inutile car les données doivent être écrites deux fois. En outre, il entraîne souvent d'autres problèmes, par exemple l'impossibilité de relire correctement le journal.

Avec un système de fichiers transactionnel, la gestion de données s'effectue avec une sémantique de copie lors de l'écriture. Les données ne sont jamais écrasées et toute séquence d'opération est entièrement validée ou entièrement ignorée. La corruption du système de fichier en raison d'une coupure de courant ou d'un arrêt du système est impossible. Même s'il se peut que les éléments les plus récents écrits sur les données soient perdus, le système de fichiers reste cohérent. De plus, les données synchrones (écrites avec l'indicateur O_DSYNC) sont toujours écrites avant le renvoi. Ainsi, toute perte est impossible.

Sommes de contrôle et données d'autorétablissement

Avec ZFS, toutes les données et métadonnées sont vérifiées selon un algorithme de somme de contrôle sélectionné par l'utilisateur. Les systèmes de fichiers classiques fournissant le contrôle de sommes l'effectuaient par bloc, en raison de la couche de gestion de volumes et de la conception classique de système de fichiers. Le terme classique signifie que certaines pannes, comme l'écriture d'un bloc complet dans un emplacement incorrect, peuvent entraîner des incohérences dans les données, sans pour autant entraîner d'erreur dans les sommes de contrôle. Les sommes de contrôle ZFS sont stockées de façon à détecter ces pannes et à effectuer une récupération de manière appropriée. Toutes les opérations de contrôle de somme et de récupération des données sont effectuées sur la couche du système de fichiers et sont transparentes aux applications.

De plus, ZFS fournit des données d'autorétablissement. ZFS assure la prise en charge de pools de stockage avec différents niveaux de redondance de données. Lorsqu'un bloc de données endommagé est détecté, ZFS récupère les données correctes à partir d'une autre copie redondante et répare les données endommagées en les remplaçant par celles de la copie.

Évolutitivé inégalée

L'évolutivité de ZFS représente l'un des éléments clés de sa conception. La taille du système de fichiers lui-même est de 128 bits et vous pouvez utiliser jusqu'à 256 quadrillions de zettaoctets de stockage. L'ensemble des métadonnées est alloué de façon dynamique. Il est donc inutile de pré-allouer des inodes ou de limiter l'évolutivité du système de fichiers lors de sa création. Tous les algorithmes ont été écrits selon cette exigence d'évolutivité. Les répertoires peuvent contenir jusqu'à 2⁴⁸ (256 trillions) d'entrées et le nombre de systèmes de fichiers ou de fichiers contenus dans un système de fichiers est illimité.

Instantanés ZFS

Un instantané est une copie en lecture seule d'un système de fichiers ou d'un volume. La création d'instantanés est rapide et facile. Ils n'utilisent initialement aucun espace disque supplémentaire dans le pool.

À mesure que le jeu de données actif est modifié, l'espace disque occupé par l'instantané augmente tandis que l'instantané continue de référencer les anciennes données. Par conséquent, l'instantané évite que les données soit libérées à nouveau dans le pool.

Administration simplifiée

Point le plus important, ZFS fournit un modèle administration qui a été énormément simplifié. Grâce à une disposition hiérarchique des systèmes de fichiers, à l'héritage des propriétés et à la gestion automatique des points de montage et de la sémantique de partage NFS, ZFS facilite la création et la gestion de systèmes de fichiers sans requérir de nombreuses commandes, ni la modification de fichiers de configuration. Vous pouvez définir des quotas ou des réservations, activer ou désactiver la compression ou encore gérer les point de montage pour plusieurs systèmes de fichiers avec une seule commande. Vous pouvez vérifier ou remplacer les périphériques sans devoir apprendre un jeu de commandes de gestion de volumes spécifique. Vous pouvez envoyer et recevoir des flux d'instantanés du système de fichiers.

ZFS assure la gestion des systèmes de fichiers par le biais d'une hiérarchie qui facilite la gestion des propriétés telles que les quotas, les réservations, la compression et les points de montage. Dans ce modèle, les systèmes de fichiers constituent le point de contrôle central. Les systèmes de fichiers eux-mêmes étant très peu coûteux (autant que la création d'un nouveau répertoire), il est recommandé de créer un système de fichiers pour chaque utilisateur, projet, espace de travail, etc. Cette conception permet de définir des points de gestion détaillés.