¿Qué es Oracle Solaris ZFS?

El sistema de archivos ZFS de Oracle Solaris es un sistema de archivos que aporta una forma totalmente distinta de administrar sistemas de archivos, con funciones y ventajas que no hay en ningún otro sistema de archivos actual. ZFS es sólido, escalable y fácil de administrar.

Almacenamiento en grupos de ZFS

ZFS se basa en el concepto de grupos de almacenamiento para administrar el almacenamiento físico. Desde siempre, los sistemas de archivos se estructuran a partir de un solo único dispositivo físico. Para poder ocuparse de varios dispositivos y ofrecer redundancia de datos, se incorporó el concepto del administrador de volúmenes, con el fin de ofrecer una representación de un único dispositivo y evitar que los sistemas de archivos tuvieran que modificarse para aprovechar las ventajas de varios dispositivos. Este diseño significaba otro nivel de complejidad y obstaculizaba determinados avances en los sistemas de archivos, al carecer de control sobre la ubicación física de los datos en los volúmenes virtualizados

ZFS elimina del todo la administración de volúmenes. En vez de tener que crear volúmenes virtualizados, ZFS agrega dispositivos a una agrupación de almacenamiento. La agrupación de almacenamiento describe las características físicas del almacenamiento (organización del dispositivo, redundancia de datos, etc.) y actúa como almacén de datos arbitrario en el que se pueden crear sistemas de archivos. Los sistemas de archivos ya se limitan a dispositivos individuales y les permite compartir espacio en el disco con todos los sistemas de archivos de la agrupación. Ya no es necesario predeterminar el tamaño de un sistema de archivos, ya que el tamaño de los sistemas de archivos crece automáticamente en el espacio asignado a la agrupación de almacenamiento. Al incorporar un nuevo almacenamiento, todos los sistemas de archivos de la agrupación pueden usar de inmediato el espacio en el disco adicional sin procesos complementarios. En muchos sentidos, la agrupación de almacenamiento funciona del mismo modo que un sistema de memoria virtual: si se agrega al sistema un módulo de memoria DIMM, el sistema operativo no obliga a ejecutar comandos para configurar la memoria y asignarla a los procesos individuales. Todos los procesos del sistema utilizan automáticamente la memoria adicional.

Semántica transaccional

ZFS es un sistema de archivos transaccional. Ello significa que el estado del sistema de archivos siempre es coherente en el disco. Los sistemas de archivos tradicionales sobrescriben datos in situ. Esto significa que, si el equipo se queda sin alimentación (por ejemplo, entre el momento en que un bloque de datos se asigna y cuando se vincula a un directorio), el sistema de archivos se queda en un estado incoherente. En el pasado, este problema se solucionaba mediante el comando fsck. Este comando verificaba el estado del sistema de archivos e intentaba reparar cualquier incoherencia durante el proceso. Este problema de sistemas de archivos incoherentes daba muchos quebraderos de cabeza a los administradores y el comando fsck nunca garantizaba la solución a todos los problemas. Posteriormente, los sistemas de archivos han incorporado el concepto de registro de diario. El registro de diario guarda las acciones en un diario aparte, el cual se puede volver a reproducir con seguridad si el sistema se bloquea. Este proceso supone cargas innecesarias, porque los datos se deben escribir dos veces y a menudo provoca una nueva fuente de problemas (como no poder volver a reproducir correctamente el registro de diario).

Con un sistema de archivos transaccional, los datos se administran mediante la semántica copia por escritura. Los datos nunca se sobrescriben y ninguna secuencia de operaciones se compromete ni se ignora por completo. Este mecanismo hace que el sistema de archivos nunca pueda dañarse por una interrupción imprevista de la alimentación o un bloqueo del sistema. Aunque pueden perderse fragmentos de datos escritos más recientemente, el propio sistema de archivos siempre será coherente. Asimismo, siempre se garantiza que los datos sincrónicos (escritos mediante el indicador O_DSYNC) se escriban antes de la devolución, por lo que nunca se pierden.

Datos de reparación automática y sumas de comprobación

En ZFS se verifican todos los datos y metadatos mediante un algoritmo de suma de comprobación seleccionable por el usuario. Los sistemas de archivos tradicionales con suma de comprobación la efectúan por bloques obligatoriamente debido a la capa de administración de volúmenes y la disposición del sistema de archivos tradicional. El diseño tradicional significa que algunos errores, como la escritura de un bloque completo en una ubicación incorrecta, pueden hacer que los datos no sean correctos, pero no producen errores de suma de comprobación. Las sumas de comprobación de ZFS se almacenan de forma que estos errores se detecten y haya una recuperación eficaz. La suma de comprobación y la recuperación de datos se efectúan en la capa del sistema de archivos y son transparentes para las aplicaciones.

Asimismo, ZFS ofrece soluciones para la reparación automática de datos. ZFS admite agrupaciones de almacenamiento con diversos niveles de redundancia de datos. Si se detecta un bloque de datos incorrectos, ZFS recupera los datos correctos de otra copia redundante y repara los datos incorrectos al sustituirlos por una copia correcta.

Escalabilidad incomparable

Un elemento de diseño clave en el sistema de archivos ZFS es la escalabilidad. El sistema de archivos es de 128 bits y permite 256 trillones de zettabytes de almacenamiento. Todos los metadatos se asignan de forma dinámica, con lo que no hace falta asignar previamente inodes ni limitar la escalabilidad del sistema de archivos cuando se crea. Todos los algoritmos se han escrito teniendo en cuenta la escalabilidad. Los directorios pueden tener hasta 2⁴⁸ (256 billones) de entradas; no existe un límite para el número de sistemas de archivos o de archivos que puede haber en un sistema de archivos.

Instantáneas de ZFS

Una instantánea es una copia de sólo lectura de un sistema de archivos o volumen. Las instantáneas se crean rápida y fácilmente. Inicialmente, las instantáneas no consumen espacio adicional en el disco dentro de la agrupación.

Como los datos de un conjunto de datos activo cambian, la instantánea consume espacio en el disco al seguir haciendo referencia a los datos antiguos. Como resultado, la instantánea impide que los datos pasen al grupo.

Administración simplificada

Uno de los aspectos más destacados de ZFS es su modelo de administración muy simplificado. Mediante un sistema de archivos con distribución jerárquica, herencia de propiedades y administración automática de puntos de montaje y semántica share de NFS, el ZFS facilita la creación y gestión de sistemas de archivos sin tener que usar varios comandos ni editar archivos de configuración. Con un solo comando puede establecer fácilmente cuotas o reservas, activar o desactivar la compresión, o administrar puntos de montaje para diversos sistemas de archivos. Puede examinar o sustituir dispositivos sin aprender un conjunto independiente de comandos de administrador de volúmenes. Puede enviar y recibir flujos de instantáneas del sistema de archivos .

ZFS administra los sistemas de archivos a través de una jerarquía que permite la administración simplificada de propiedades como cuotas, reservas, compresión y puntos de montaje. En este modelo, los sistemas de archivos se convierten en el punto central de control. Los sistemas de archivos son muy sencillos (equivalen a un nuevo directorio), por lo que se recomienda crear un sistema de archivos para cada usuario, proyecto, espacio de trabajo, etc. Este diseño permite definir los puntos de administración de forma detallada.