【转载】zfs文件系统架构解读

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05年时，第一次接触到ZFS，直觉感到这个文件系的架构新颖，有探究的愿望，可随着时间的流逝，回到Linux世界后，又把它抛在脑后了，再次看到ZFS，就无法释然了（据说Linus眼馋ZFS好久了，想把ZFS移植到Linux，取代EXT3，成为下一代Linux内核默认的文件系统）。

    ZFS中的这个Z就是“Zettabyte”，也就是说存储量级是Zetta级，1Z=1024的3次方个T，而一个T又等于1024个G，我们可以看出zfs是一个海量级的文件系统。为什么需要海量级？想想未来的网络存储，企业和科学研究的数据量，现在的32位文件系统远难以承载了。ZFS这个128位的文件系统，估计存储整个地球的信息都没有问题了。FreeBSD社区的牛人，已经着手对ZFS进行了移植。

 

在ZFS的架构里，最底层的是存储池，所有的存储介质都放在这个存储介质里面，然后再在这个存储池上面部署ZFS的文件系统，下面这个图是zfs的整体架构，摘自http://www.opensolaris.org/os/community/zfs/source/  的首页：该页对此图给予了解释：

三个主要组件：ZPL（ZFS POSIX Layer，ZFS POSIX 层）、DMU（Data Management Unit，数据管理单元）和 SPA（ Storage Pool Allocator，存储池分配器）。

三个基本层：Interface Layer（接口层，与ZPL对应），Transactional Object Layer(事物对象层，与DMU对应)，Pooled Storage Layer(存储池层，与SPA组件对应)。

从用户角度看：

  文件系统使用者（Filesystem Consumers）
    这些应用程序是基本的应用程序，可通过 POSIX 文件系统 API 单独与 ZFS 交互。实际上，每个应用程序都可归为此类别。系统调用是通过 OpenSolaris VFS 层传递到 ZPL的。

设备使用者（Device Consumers）
   ZFS 提供了一种创建“仿真卷”的方式。对这些卷的备份通过存储池中的存储进行的，但在 /dev下显示为一个普通设备。这并不是典型的使用案例，不过有一些例子充分说明了这种功能的有用之处。有少量应用程序直接与这些设备交互，但对设备使用最多的还是，位于设备层之上的内核文件系统或目标驱动程序。

   基于GUI的管理
Solaris 在内部版本 28 中提供了基于 Web 的 ZFS GUI。虽然还不是 OpenSolaris 的组成部分，但它是位于 JNI 层之上基于 Java 的 GUI 的一个示例。< /p>

  管理程序

  这些应用程序是管理 ZFS 文件系统或存储池的（包括检查属性和数据集分层结构）。尽管还有一些分散的程序（如zoneadm、zoneadmd、fstyp），但两个主要的应用程序还是 zpool(1M) 和 zfs(1M)。

zpool(1M)
此命令负责创建和管理 ZFS 存储池。其主要目的是分析命令行输入，将其转换为 libzfs 调用，并顺带处理出现的任何错误。此命令的源代码可在 usr/src/cmd/zpool 中找到。它包含以下文件：

 

zpool_main.c	命令的主体，负责处理所有的参数和子命令
zpool_vdev.c	负责将一系列 vdev 转换成 libzfs 中的 nvlist
zpool_iter.c	对系统中中一些或全部存储池进行循环处理
zpool_util.c	其他实用程序

 

zfs(1M)
此命令负责创建和管理 ZFS 文件系统。与 zpool(1M) 类似，其目的实际上只是分析命令行参数并将处理结果传递到 libzfs。此命令的源代码可在 usr/src/cmd/zfs 中找到。它包含以下文件：

 

zfs_main.c	命令的主体，负责处理所有的参数和子命令
zfs_iter.c	对系统中一些或全部数据集进行循环处理

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ZFS被InfoWorld 评选为 Best File System of 2008。

这里，重点讨论用户层的JNI和libzfs

JNI （Java Native Interface)是Java本地接口，本地方法被编译进动态链接库，在运行时由Java虚拟机载入。
在上面的图中，libzfs是Solaris中实现ZFS的本地库，而JNI是libzfs的Java封装，其目的是让用户以更加友好的方式使用ZFS。有了这个库，用户就可以方便地创建一个新的文件系统：

LibZFS zfs = new LibZFS();
ZFSObject newFS = zfs.create("rpool/kohsuke/test", ZFSType.FILESYSTEM);
newFS.mount();
... 或者撤销:
ZFSObject fs = zfs.open("rpool/kohsuke/test");fs.unmount();fs.destory();
当然，基于libzfs，所做的事情远不止这些，还可以查询文件系统信息，创建快照，回滚（roll back等等）。

更多的信息参看：https://zfs.dev.java.net/

它是应用程序与 ZFS 内核模块打交道的主要接口。此库为访问和处理存储池和文件系统提供了一种统一的、基于对象的机制（想象一下把用户解放出来的感觉）。其中与内核通信的基础机制是系统调用调用 ioctl(2)。libzfs的源代码可以在 usr/src/lib/libzfs 中找到。它包含以下文件：

libzfs_dataset.c	用于处理数据集的主要接口
libzfs_pool.c	处理存储池的主要接口
libzfs_changelist.c	在子级中传播属性改变的实用程序
libzfs_config.c	读取和处理存储池配置信息
libzfs_graph.c	为数据集构建相关列表
libzfs_import.c	搜索和导入存储池
libzfs_mount.c	挂载、取消挂载和共享数据集。
libzfs_status.c	根据存储池状态链接到 FMA 知识库文章
libzfs_util.c	其他例程