【开源存储】OpenZFS文件系统部署实践

一、前言

参考文档：
ZFS源码：Github
ZFS部署文档：ZFS-WiKi、ZFS-freebsd

OpenZFS 是一个高级文件系统和卷管理器，最初是为 Solaris 开发的，现在由 OpenZFS 社区维护。

1、简介

ZFS是一种先进的现代文件系统，是一个革命性的文件系统，它专门设计用于提供传统UNIX文件系统中不具备的功能，从根本上改变了文件系统的管理方式，具有目前市面上的其他任何文件系统所没有的功能和优点。ZFS最初是由Sun公司为Solaris 10操作系统开发的文件系统，被Sun称为是终极文件系统。为了便于将其移植到其他操作系统，ZFS作为OpenSolaris开源计划的一部分，于2005年11月发布，经历了10年的活跃开发。Oracle收购Sun之后，为了能够继续提供开源版本，原来负责开发ZFS文件系统的几个工程师建立了OpenZFS开源项目以提供开源版本的持续协作开发。

2、常用术语

Pool：存储驱动器的逻辑分组，它是ZFS的基本构建块，从这里将存储空间分配给数据集。
Datasets：ZFS文件系统的组件即文件系统、克隆、快照和卷被称为数据集。
Mirror：一个虚拟设备存储相同的两个或两个以上的磁盘上的数据副本，在一个磁盘失败的情况下,相同的数据是可以用其他磁盘上的镜子。
Resilvering：在恢复设备时将数据从一个磁盘复制到另一个磁盘的过程。
Scrub：擦除用于一致性检验在ZFS像在其他文件系统如何使用fsck。

二、安装说明

安装部署说明：# Getting Started
源码编译说明：# Building ZFS

1、源码编译

由于在线安装相关版本过于陈旧，示例使用最新的zfs-2.1.4源码进行手动编译安装

1.1、CentOS

安装依赖

yum install epel-release gcc make autoconf automake libtool rpm-build libtirpc-devel libblkid-devel libuuid-devel libudev-devel openssl-devel zlib-devel libaio-devel libattr-devel elfutils-libelf-devel kernel-devel-$(uname -r) python python2-devel python-setuptools python-cffi libffi-devel git ncompress libcurl-devel
yum install --enablerepo=epel python-packaging dkms

编译rpm包
下载zfs-2.1.4.tar.gz源码包，执行rpm编译操作

cd /opt/
wget https://github.com/openzfs/zfs/releases/download/zfs-2.1.4/zfs-2.1.4.tar.gz
tar -zxvf zfs-2.1.4.tar.gz
cd zfs-2.1.4
./autogen.sh
./configure
make rpm

安装rpm包
安装编译好的rpm包，手动加载zfs内核模块

yum install *.rpm -y
modprobe zfs

查看当前版本信息

[root@node129 ~]# zfs version
zfs-2.1.4-1
zfs-kmod-2.1.4-1

1.2、Ubuntu

安装依赖

sudo apt install build-essential autoconf automake libtool gawk alien fakeroot dkms libblkid-dev uuid-dev libudev-dev libssl-dev zlib1g-dev libaio-dev libattr1-dev libelf-dev linux-headers-$(uname -r) python3 python3-dev python3-setuptools python3-cffi libffi-dev python3-packaging git libcurl4-openssl-dev

编译deb包
下载zfs-2.1.4.tar.gz源码包，执行deb编译操作

cd /opt/
wget https://github.com/openzfs/zfs/releases/download/zfs-2.1.4/zfs-2.1.4.tar.gz
tar -zxvf zfs-2.1.4.tar.gz
cd zfs-2.1.4
./autogen.sh
./configure
make deb

安装deb包
安装编译好的deb包，手动加载zfs内核模块

dpkg -i *.deb
modprobe zfs

2、在线安装

2.1、CentOS

示例使用CentOS7.6系统

安装zfs-release包
为简化安装步骤，官方提供了一个zfs-release包，安装完成之后，会生成yum源配置（/etc/yum.repos.d/zfs.repo）和公共签名密钥（/etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-zfsonlinux）
注：zfs-rekease包与系统版本相关，如示例为CentOS7.6系统，则对应包名为zfs-release.el7_6.noarch.rpm

yum install https://zfsonlinux.org/epel/zfs-release.el7_6.noarch.rpm
rpm --import /etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-zfsonlinux

安装ZFS相关软件包

yum install -y epel-release
yum install -y kernel-devel
yum install -y zfs

2.2、Ubuntu

示例使用Ubuntu16.04系统，基于Ubuntu系统下，ZFS默认集成在Linux内核包中，只需要安装ZFS应用程序即可

更新在线源

echo "deb http://archive.ubuntu.com/ubuntu xenial main universe" >> /etc/apt/sources.list
apt update

安装ZFS应用程序

apt install zfsutils-linux

三、部署说明

参考文档：
oracle-zfs
oracle-zpool

1、存储池管理

1.1、创建存储池

通用格式如下：

zpool create -f -m <mount-path> <pool-name> [pool-type] <disk> [pool-type] <disk> [spare <disk> log <disk> cache <disk>]

-f ：可选参数，表示强制创建，可避免EFI label error错误
-m ：可选参数，后接存储池挂载路径（mount-path），默认不指定时，挂载路径为/pool-name
pool-name ：表示为存储池名称
pool-type ：表示为存储池类型，默认不指定时为raidz，可选参数raidz、raidz1、raidz2、raidz3、mirror
raidz ：类似raid0，无冗余
raidz1 ：类似raid5，可容忍一块磁盘损坏，至少需要三个磁盘，其中一个磁盘用于奇偶校验
raidz2 ：类似raid6，可容忍两块磁盘损坏，至少需要四个磁盘，其中两个磁盘用于奇偶校验
raidz3 ：类似raid7，可容忍三块硬盘损坏，至少需要五个磁盘，其中三个磁盘用于奇偶校验
mirror ：类似raid1或raid10，同一个镜像组可以容忍一半的磁盘损坏
disk ：表示组成存储池的磁盘列表，可以为磁盘名称（如sdb）、磁盘完整路径（如/dev/sdb）、磁盘id（可通过/dev/disk/by-id/查询，如ata-ST6000NM0115-1YZ110_ZAD1DR7M），为避免因磁盘盘符漂移导致zpool无法恢复，此处建议使用磁盘id方式指定
spare : 可选参数，后接磁盘列表，表示热备盘，当raid组出现磁盘故障，则会启用热备盘进行数据恢复
log ：可选参数，后接磁盘列表，表示日志盘，日志盘可以做成镜像用于数据冗余，可以使用独立的SSD作为日志盘（使用多块SSD时，日志信息会平均分散到所有SSD内），可以提升同步写入性能（如资料库）
cache ：可选参数，后接磁盘列表，表示缓存盘，缓存盘不可以做成镜像，但缓存盘只会存储额外的现有数据副本，并不会导致数据丢失，可以加速数据读取性能

注：一个raidzx存储池包括n个数据盘+m个校验盘（n+m太大会导致文件拆的很碎，官方建议n+m小于16），n通常建议是2的次方（如2/4/8），raidx存储池利用率=n/(n+m)

示例如下，使用10块磁盘创建raidz2存储池（8 + 2），配备一块热备盘

zpool create -f  zfspool raidz2 /dev/mapper/mpathcu1 /dev/mapper/mpathbp1 /dev/mapper/mpathak1 /dev/mapper/mpathch1 /dev/mapper/mpathbc1 /dev/mapper/mpathaw1 /dev/mapper/mpathct1 /dev/mapper/mpathbo1 spare /dev/mapper/mpathcj1

zfs支持文件、块接口，默认为文件接口，如需创建块设备，可执行命令zfs create -V <volume-size> <pool-name>/<volume-name>

1.2、扩展存储池

通用格式如下：

zpool add -f <pool-name> [pool-type] <disk> [pool-type] <disk> [spare <disk> log <disk> cache <disk>]

1.3、删除存储池

通用格式如下：

zpool destroy <pool-name>

注：如只需删除一个子空间，则执行zfs destroy <pool-name>/<dataset-name>

1.4、存储池故障处理

替换存储池故障盘： zpool replace <pool-bane> <disk-old> <disk-new>
移除存储池磁盘：zpool remove <pool-name> <disk-name>
注：此处只能移除未被使用的热备盘、日志盘及缓存盘

1.5、存储池状态查询

查看当前存储池列表信息：zpool list
查看当前存储池状态信息：zpool status
查看具体存储池参数配置：zfs get all <pool-name>
查看具体存储池挂载路径：zfs get mountpoint <pool-name>
校验具体存储池写入数据：zpool scrub <pool-name>
动态监控存储池读写性能：zpool iostat <pool-name> [monitor-second]
注：monitor-second为读写性能打印间隔，单位为秒