第 21 章 文件系统 Support
21.1. 概述
文件系统对于任何操作系统来说都是一个不可缺的部分。它们允许用户上载和存储文件，提供对数据的访问，当然，是使硬盘能具有实际的用途。不同的操作系统通常都有一个共同的主要方面，那就是它们原生的文件系统。在 FreeBSD上这个文件系统通常被称为快速文件系统或者 FFS，这是基于原来的 Unix™ 文件系统，通常也被称为UFS。 这是 FreeBSD用于在磁盘上访问数据的原生的文件系统。
FreeBSD 也支持数量繁多的不同的文件系统，用于提供本地从其他操作系统上访问数据的支持，那些就是指存放在本地挂载的 USB存储设备，闪存设备和硬盘上的数据。还支持一些非原生的文件系统。这些文件系统是在其他的操作系统上开发的，像 Linux®的扩展文件系统 （EXT），和 Sun™的 Z 文件系统 （ZFS）。
FreeBSD 上对于各种文件系统的支持分成不同的层次。一些要求加载内核模块，另外的可能要求安装一系列的工具。这一章节旨在帮助 FreeBSD 用户在他们的系统上访问其他的文件系统，由 Sun™ 的 Z 文件系统开始。
在阅读了这一章节之后，你将了解：
原生与被支持的文件系统之间的区别。
FreeBSD 支持哪些文件系统。
如何起用，配置，访问和使用非原生的文件系统。
在阅读这章以前，你应该：
了解 UNIX® 和 FreeBSD 基本知识(第 4 章 UNIX 基础)。
熟悉基本的内核配置/编译方法(第 9 章 配置FreeBSD的内核)。
熟悉在 FreeBSD 上安装第三方软件 (第 5 章 安装应用程序: Packages 和 Ports)。
熟悉 FreeBSD 上的磁盘，存储和设备名 (第 19 章 存储)。
21.2. Z 文件系统 (ZFS)
Z 文件系统是由 Sun™ 开发使用存储池方法的新技术。这就是说只有在需要存储数据的时候空间才会被使用。它也为保护数据最大完整性而设计的，支持数据快照，多份拷贝和数据校验。增加了被称为 RAID-Z的新的数据复制类型。RAID-Z 是种类似于RAID5类型, 但被设计成防止写入漏洞。
21.2.1. 调整 ZFS
ZFS 子系统需利用到大量的系统资源，所以可能需要一些调校来为日常应用提供最大化的效能。作为 FreeBSD 的一项试验性的特性，这可能在不久的将来有所变化；无论如何，下面的这些步骤是我们推荐的：
21.2.1.1. 内存
总共的系统内存至少应有 1GB，推荐 2GB 或者更多。 在此处所有的例子中，我们使用了 1GB 内存的系统并配合了一些恰当的调校。
有些人在少于 1GB 内存的环境有幸正常使用， 但是在这样有限的物理内存的条件下，当系统的负载很高时， FreeBSD 极有可能因于内存耗尽而崩溃。
21.2.1.2. 内核配置
我们建议把未使用的驱动和选项从内核配置文件中去除。 既然大部份的驱动都有以模块的形式存在，它们就可以很容易的通过 /boot/loader.conf 加载。
i386™ 构架的用户应在内核配置文件中加入以下的选项， 重新编译内核并重启机器：
options KVA_PAGES=512
这个选项将扩展内核的地址空间， 因而允许 vm.kvm_size 能够超越 1 GB 的限制(PAE为 2 GB)。 为了找出这个选项最合适的值， 把以兆(MB)为单位所需的地址空间除以 4 得到。 在这个例子中，512 则为 2 GB。
21.2.1.3. Loader 可调参数
所有构架上 FreeBSD 都应该加大 kmem 地址空间。在有 1GB 物理内存的测试系统上，在 /boot/loader.conf 中加入如下的参数并且重启后通过了测试。
vm.kmem_size="330M"vm.kmem_size_max="330M"vfs.zfs.arc_max="40M"vfs.zfs.vdev.cache.size="5M"
更多 ZFS 相关推荐调校的细节请参阅http://wiki.freebsd.org/ZFSTuningGuide.
21.2.2. 使用 ZFS
FreeBSD 有一种启动机制能在系统初始化时挂载ZFS 存储池。可以通过以下的命令设置：
#echo 'zfs_enable="YES"' >> /etc/rc.conf#/etc/rc.d/zfs start
这份文档剩余的部分假定系统中有 3 块 SCSI 磁盘可用， 它们的设备名分别为da0， da1和 da2。 IDE 硬件的用户可以使用 ad 代替 SCSI。
21.2.2.1. 单个磁盘存储池
在单个磁盘上创建一个简单， 非冗余的 ZFS， 使用 zpool 命令：
#zpool create example /dev/da0
可以通过 df 的输出查看新的存储池：
#dfFilesystem 1K-blocksUsedAvail Capacity Mounted on/dev/ad0s1a 2026030 235230 162871813%/devfs 1 10 100%/dev/dev/ad0s1d 54098308 1032846 48737598 2%/usrexample17547136 0 17547136 0%/example
这份输出清楚的表明了 example 存储池不仅创建成功而且被 挂载 了。 我们能像访问普通的文件系统那样访问它， 就像以下例子中演示的那样，用户能够在上面创建文件并浏览：
#cd /example#ls#touch testfile#ls -altotal 4drwxr-xr-x 2 root wheel3 Aug 29 23:15 .drwxr-xr-x 21 root wheel 512 Aug 29 23:12 ..-rw-r--r-- 1 root wheel0 Aug 29 23:15 testfile
遗憾的是这个存储池并没有利用到 ZFS 的任何特性。 在这个存储池上创建一个文件系统，并启用压缩：
#zfs create example/compressed#zfs set compression=gzip example/compressed
现在 example/compressed 是一个启用了压缩的 ZFS 文件系统了。 可以尝试复制一些大的文件到 /example/compressed。
使用这个命令可以禁用压缩：
#zfs set compression=off example/compressed
使用如下的命令卸载这个文件系统，并用 df 工具确认：
#zfs umount example/compressed#dfFilesystem 1K-blocksUsedAvail Capacity Mounted on/dev/ad0s1a 2026030 235232 162871613%/devfs 1 10 100%/dev/dev/ad0s1d 54098308 1032864 48737580 2%/usrexample17547008 0 17547008 0%/example
重新挂在这个文件系统使之能被访问， 并用 df 确认：
#zfs mount example/compressed#dfFilesystem 1K-blocksUsedAvail Capacity Mounted on/dev/ad0s1a 2026030 235234 162871413%/devfs1 10 100%/dev/dev/ad0s1d 54098308 1032864 48737580 2%/usrexample 17547008 0 17547008 0%/exampleexample/compressed 17547008 0 17547008 0%/example/compressed
存储池与文件系统也可通过 mount 的输出查看：
#mount/dev/ad0s1a on / (ufs, local)devfs on /dev (devfs, local)/dev/ad0s1d on /usr (ufs, local, soft-updates)example on /example (zfs, local)example/data on /example/data (zfs, local)example/compressed on /example/compressed (zfs, local)
正如前面所提到的，ZFS 文件系统， 在创建之后就能像普通的文件系统那样使用。然而， 还有很多其他的特性是可用的。在下面的例子中， 我们将创建一个新的文件系统，data。 并要在上面存储些重要的文件， 所以文件系统需要被设置成把每一个数据块都保存两份拷贝：
#zfs create example/data#zfs set copies=2 example/data
现在可以再次使用 df 查看数据和空间的使用状况：
#dfFilesystem 1K-blocksUsedAvail Capacity Mounted on/dev/ad0s1a 2026030 235234 162871413%/devfs1 10 100%/dev/dev/ad0s1d 54098308 1032864 48737580 2%/usrexample 17547008 0 17547008 0%/exampleexample/compressed 17547008 0 17547008 0%/example/compressedexample/data17547008 0 17547008 0%/example/data
请注意存储池上的每一个文件系统都有着相同数量的可用空间。 这就是我们在这些例子中使用 df 的原因， 是为了文件系统都是从相同的存储池取得它们所需的空间。 ZFS 去掉了诸如卷和分区此类的概念， 并允许多个文件系统占用同一个存储池。 不再需要文件系统与存储池的时候能像这样销毁它们：
#zfs destroy example/compressed#zfs destroy example/data#zpool destroy example
磁盘无法避免的会坏掉和停止运转。 当这块磁盘坏掉的时候，上面的数据都将丢失。 一个避免因磁盘损坏而丢失数据的方法是使用 RAID。ZFS 在它的存储池设计中支持这样的特性， 这便是下一节将探讨的。
21.2.2.2. ZFS RAID-Z
正如前文中所提到的，这一章节将假设存在 3 个 SCSI 设备， da0， da1 和 da2 (或者 ad0 和超出此例使用了 IDE 磁盘)。 使用如下的命令创建一个 RAID-Z 存储池:
#zpool create storage raidz da0 da1 da2
注意:
Sun™ 推荐在一个 RAID-Z配置中使用的磁盘数量为 3 至 9 块。如果你要求在单独的一个存储池中使用 10 块或更多的磁盘，请考虑分拆成更小 RAID-z 组。如果你只有 2 块磁盘， 并仍然需要冗余，请考虑使用 ZFS 的 mirror 特性。更多细节请参考 zpool(8) 手册页。
zpool storage 至此就创建好了。 可以如前文提到的那样使用 mount(8) 和 df(1) 确认。 如需配给更多的磁盘设备则把它们加这个列表的后面。 在存储池上创建一个叫 home 的文件系统， 用户的文件最终都将被保存在上面：
#zfs create storage/home
像前文中提到的那样，用户的目录与文件也可启用压缩并保存多份拷贝， 可通过如下的命令完成：
#zfs set copies=2 storage/home#zfs set compression=gzip storage/home
把用户的数据都拷贝过来并创建一个符号链接， 让他们开始使用这个新的目录：
#cp -rp /home/* /storage/home#rm -rf /home /usr/home#ln -s /storage/home /home#ln -s /storage/home /usr/home
现在用户的数据应该都保存在新创建的 /storage/home 上了。 测试添加一个新用户并以这个身份登录。
尝试创建一个可日后用来回退的快照：
#zfs snapshot storage/home@08-30-08
请注意快照选项将只会抓取一个真实的文件系统， 而不是某个用户目录或文件。@ 字符为文件系统名或卷名的分隔符。 当用户目录被损坏时，可用如下命令恢复：
#zfs rollback storage/home@08-30-08
获得所有可用快照的列表，可使用 ls 命令查看文件系统的 .zfs/snapshot 目录。例如，执行如下命令来查看之前抓取的快照：
#ls /storage/home/.zfs/snapshot
可以编写一个脚本来每月定期抓取用户数据的快照，久而久之， 快照可能消耗掉大量的磁盘空间。 之前创建的快照可用以下命令删除：
#zfs destroy storage/home@08-30-08
在所有这些测试之后，我们没有理由再把 /store/home 这样放置了。让它称为真正的 /home 文件系统：
#zfs set mountpoint=/home storage/home
使用 df 和 mount 命令将显示现在系统把我们的文件系统真正当作了/home：
#mount/dev/ad0s1a on / (ufs, local)devfs on /dev (devfs, local)/dev/ad0s1d on /usr (ufs, local, soft-updates)storage on /storage (zfs, local)storage/home on /home (zfs, local)#dfFilesystem 1K-blocksUsedAvail Capacity Mounted on/dev/ad0s1a2026030 235240 162870813%/devfs1 10 100%/dev/dev/ad0s1d 54098308 1032826 48737618 2%/usrstorage 26320512 0 26320512 0%/storagestorage/home 26320512 0 26320512 0%/home
这样就基本完成了 RAID-Z 的配置了。使用夜间 periodic(8) 获取有关文件系统创建之类的状态更新， 执行如下的命令：
#echo 'daily_status_zfs_enable="YES"' >> /etc/periodic.conf
21.2.2.3. 修复 RAID-Z
每一种软 RAID 都有监测它们 状态 的方法。 ZFS 也不例外。 可以使用如下的命令查看 RAID-Z 设备：
#zpool status -x
如果所有的存储池处于健康状态并且一切正常的话， 将返回如下信息：
all pools are healthy
如果存在问题，可能是一个磁盘设备下线了， 那么返回的存储池的状态将看上去是类似这个样子的：
pool: storage state: DEGRADEDstatus: One or more devices has been taken offline by the administrator. Sufficient replicas exist for the pool to continue functioning in a degraded state.action: Online the device using 'zpool online' or replace the device with 'zpool replace'. scrub: none requestedconfig: NAMESTATE READ WRITE CKSUM storage DEGRADED 0 0 0raidz1DEGRADED 0 0 0 da0 ONLINE 0 0 0 da1 OFFLINE0 0 0 da2 ONLINE 0 0 0errors: No known data errors
在这个例子中，这是由管理员把此设备下线后的状态。 可以使用如下的命令将磁盘下线：
#zpool offline storage da1
现在切断系统电源之后就可以替换下 da1 了。 当系统再次上线时，使用如下的命令替换磁盘：
#zpool replace storage da1
至此可用不带 -x 标志的命令再次检查状态：
#zpool status storagepool: storage state: ONLINE scrub: resilver completed with 0 errors on Sat Aug 30 19:44:11 2008config: NAMESTATE READ WRITE CKSUM storage ONLINE 0 0 0raidz1ONLINE 0 0 0 da0 ONLINE 0 0 0 da1 ONLINE 0 0 0 da2 ONLINE 0 0 0errors: No known data errors
在这个例子中，一切都显示正常。
21.2.2.4. 数据校验
正如前面所提到的，ZFS 使用 校验和(checksum) 来检查存储数据的完整性。 这时在文件系统创建时自动启用的，可使用以下的命令禁用：
#zfs set checksum=off storage/home
这不是个明智的选择，因为校验和 不仅非常有用而且只需占用少量的存储空间。 并且启用它们也不会明显的消耗过多资源。 启用后就可以让 ZFS 使用校验和校验来检查数据的完整。 这个过程通常称为 “scrubbing”。 可以使用以下的命令检查 storage 存储池里数据的完整性：
#zpool scrub storage
这个过程需花费相当长的时间，取决于存储的数据量。 而且 I/O 非常密集， 所以在任何时间只能执行一个这样的操作。 在 scrub 完成之后，状态就会被更新， 可使用如下的命令查看：
#zpool status storagepool: storage state: ONLINE scrub: scrub completed with 0 errors on Sat Aug 30 19:57:37 2008config: NAMESTATE READ WRITE CKSUM storage ONLINE 0 0 0raidz1ONLINE 0 0 0 da0 ONLINE 0 0 0 da1 ONLINE 0 0 0 da2 ONLINE 0 0 0errors: No known data errors
这个例子中完成时间非常的清楚。 这个特性可以帮助你在很长的一段时间内确保数据的完整。