ZFS VDEV 虛擬裝置介紹與使用 (3)

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這邊的內容是本人參考 ZFS on Linux上面的Document加上自己的使用心得所寫，由於本人學識尚淺若有錯誤在請留言告知～謝謝 <(_ _)>
首先我們必須介紹何謂虛擬裝置(Virtual Devices)或者在ZFS中被廣泛稱為VDEVs，如果你對於RAID已經足夠熟悉，這個觀念對你並不會太過陌生，雖然基本上你並不會將RAID稱之為VDEVs。我們會把一個或多個物理裝置(Physical devices)表示為後設設備或是元設備(Meta devices)，在Linux中的軟體RAID (Software RAID)中我們會在/dev/下得到一個名為md0的裝置名稱，它可以被用來表示你所建制的RAID 例如: 一個擁有四個硬碟的RAID-5。這邊我們稱它為VDEV。
VDEVs在ZFS中有以下七種型態：
  1. 硬碟(預設)～系統上的物理硬體裝置。
  2. 檔案～已分配大小並有絕對路徑的檔案/映像檔。
  3. 鏡像裝置(Mirror)～標準軟體RAID-1的鏡像備份裝置。
  4. RAIDZ-1/2/3～非標準分散奇偶式軟體RAID (ZFS專屬的特殊RAID)。
  5. 備用磁碟(Spare)～用來作為ZFS軟體RAID之『熱備份』(Hot Spare)用的硬體裝置。
  6. 快取(Cache)～用來作為Level 2 快取用的硬體裝置(L2ARC)。
  7. Log～一個分離式的Log，ZFS稱之為SLOG或是ZIL(ZFS Intent Log)。
這邊需要注意的事 VDEVs是一個動態的Striped；待我們操作指令後會比較有感覺。底下會由四個硬碟所組成的ZFS striped，這個Striped的總容量大小是看有多少顆硬碟所組成的陣列容量。所以越多顆硬碟加入容量大小就會隨著調整，因此稱為動態Striped。
Zpool的注意事項
這邊只有針對一些關於ZFS的注意事項。
  • 一旦將一個裝置加入VDEV後，此裝置就無法從VDEV中移除。
  • 你無法縮小Zpool，只能加大它。
  • RAID-0的速度比RAID-1快，RAID-1又比RAIDZ-1快，RAIDZ-1又比RAIDZ-2快，RAIDZ-2又比RAIDZ-3快。
  • Hot Spare的動態替換功能預設是關閉，除非你去開啟它
  • 一個Zpool中若使用較大的硬碟來替換原本裡面較小的硬碟時，Zpool不會自動變更總體容量大小！除非在你建立此Zpool時有開啟resize的功能(預設off)
  • Zpool 本身有支援 4k sector的格式硬碟如果裝置有report的時候。
  • 刪除重複資料功能(Deduplication) 是一個非常耗資源的功能，它會嚴重降低效能如果你安裝的記憶體不夠多的時候或者pool太大、非本地端的系統時
  • 換句話說：壓縮功能非常的便宜就現在的CPU而言，但是它預設是關閉的。
  • 當Fragmentation大量產生時，ZFS效能會有明顯感覺到降低。
  • ZFS有支援原生加密，但是它不是免費的功能，所有權是屬於Oracle的。
以下例子我們假設4個drives：/dev/sdb , /dev/sdc , /dev/sde , /dev/sdd 來實做。
一個簡單的Pool
我們開始建立一個由四個drives構成並且命名為clover的Pool吧：
# zpool  create   clover  sdb  sdc  sde  sdd
上敘的指令讓我們建立一個由四個VDEVs構成的一個名為clover的pool。注意到參數部份我們不需要給與絕對路徑，當然你也可以使用絕對路徑來設定，ZFS本身會自動從/dev/去抓取。這樣子我們就建立一個4個drives構成的RAID-0磁碟陣列了(沒有備份安全功能)，接著我們來看看zpool的狀態吧。
# zpool  status  clover
   pool :  clover
  state :  ONLINE
  scan :   none  requested
config :
               NAME                    STATE                   READ     WRITE    CKSUM
                 clover                   ONLINE                        0               0               0
                    sdb                    ONLINE                        0               0               0
                    sdc                    ONLINE                        0               0               0
                    sdd                    ONLINE                        0               0               0
                    sde                    ONLINE                        0               0               0

errors :   No   Known   data   errors
我們拆除它建立一個新的zpool吧！
#  zpool  destroy  clover
一個簡單鏡像zpool
下一個例子我們希望建立一個四個drives的鏡像陣列，在這邊命令參數裡面需多一個"mirror"。
#  zpool  create  clover  mirror  sdb  sdc  sdd  sde  
#  zpool  status  clover
  pool :  clover
 state :  ONLINE
 scan :  none requested
config:
             NAME                 STATE     READ   WRITE   CKSUM
               clover                ONLINE          0             0             0
                  mirror-0       ONLINE          0             0             0
                       sdb            ONLINE          0             0             0
                       sdc            ONLINE          0             0             0
                       sdd            ONLINE          0             0             0
                       sde            ONLINE          0             0             0

errors :   No   Know   data   errors
注意！mirror-0 現在為VDEV，由它管理每一個物理裝置就如同我們先前講得：『Linux下software RAID裡的"/dev/md0"』接著我們拆除這個zpool建立另一個。
#  zpool  destroy  clover
巢狀 VDEVs
我們也可以建立巢狀VDEVs，最簡單的例子就是RAID-1+0 (通常也寫成RAID-10)，這是一個鏡像的striped剛好用來解釋巢狀VDEVs，使用下方指令來建立吧。
#  zpool  create  clover  mirror  sdb  sdc  mirror  sdd  sde
#  zpool  status  clover
   pool : clover
  state : ONLINE
  scan : none  requested
config :
             NAME      STATE      READ   WRITE   CKSUM
               clover     ONLINE           0             0              0
              mirror-0 ONLINE           0             0              0
                   sdb     ONLINE           0             0              0
                   sdc     ONLINE           0             0              0
             mirror-1  ONLINE           0             0              0
                   sdd     ONLINE           0             0              0
                   sde     ONLINE           0             0              0

errors :   No   known   data   errors
以上就是一個RAID-1+0的巢狀VDEVs的例子。別忘了拆除它繼續下面範例！
#  zpool  destroy  clover
檔案形式VDEVs
這邊我們先建立幾個已經有佔空間大小的檔案在EXT4的file system上面，通常檔案形式的VDEVs多為測試用，如測試壓縮率(Compression ratio)、沙盒(Sandbox)或是deduplication table而非拿來做儲存產生的資料。由於並不是透過裝置來建立所以必須給定絕對路徑，且檔案大小必須事先分配好而非稀疏檔案(spare file)或是精簡配置(thin provisioned)。
首先我們使用for這個script 搭配dd來產生四個大小約100MB的檔案。
#  for  i  in  {1..4};  do  dd  if=/dev/zero  of=/tmp\
>/file$i  bs=10M  count=10  &>  /dev/null;  done
#  zpool  create  clover  /tmp/file1  /tmp/file2  /tmp/file3  /tmp/file4
#  zpool  status  clover
   pool :  clover
  state :  ONLINE
  scan :  none requested
config :
              NAME             STATE     READ    WRITE    CKSUM
                clover            ONLINE           0              0               0
                 /tmp/file1   ONLINE           0              0               0
                 /tmp/file2   ONLINE           0              0               0
                 /tmp/file3   ONLINE           0              0               0
                 /tmp/file4   ONLINE           0              0               0
errors: No known data errors
這邊我們建立一個以檔案作為VDEVs的RAID-0，當然你也可以作成RAID-1或是RAID-1+0 是你的需求而定。
#  zpool  destroy  clover
混和式 pools
由於本人VM上面沒有建立那麼多的disk可以在ZFS中的pool裡面做給各位看(偷懶一下！！)，所以只會列出指令給大家參考！
#  zpool  create  clover  mirror  sdb  sdc  mirror  sdd  sde  log  mirror  sdf  sdg  cache sdh
在這邊我們並不特別解釋這個混和pool的相關內容，只是簡單的介紹這是一個RAID-1+0並且將log資料也做鏡像保護儲存來達到資料儲存的完整性、安全性。這邊使用到ZIL(ZFS intent log)詳細內容待以後章節再來介紹。在這邊關於Cache的部份是可以使用固態硬碟(SSD)來加速效能。
此章節唯一沒介紹的是Spare(備份)主要目的是讓大家有個VDEVs的觀念與操作，並且稍微涵蓋一些RAIDZ的層級接下來後續章節會待大家更了解ZFS的file system的各項設定、優缺點....等，之後便是ZFS的主要核心部份～～待續。
ZFS on linux file system簡介 (1) ZFS on linux file system 使用PPA安裝(2) ZFS VDEV 虛擬裝置介紹與使用 (3)

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