ZFS 檔案系統以其強大的功能和高可靠性，在資料儲存領域備受關注。本文將聚焦於 ZFS 的多重映象組態和快照備份機制，並結合 Raspberry Pi OS 環境，提供實務操作。透過逐步的指令操作和程式碼範例，讀者可以深入瞭解如何在 ZFS 中建立和管理多重映象，以及如何利用快照功能進行資料備份和回復，進而提升資料的安全性與可用性。文章也涵蓋了資料寫入分析，幫助讀者理解 ZFS 的資料分配機制，並探討 ZFS promote 指令的應用，讓讀者掌握更進階的 ZFS 管理技巧。
ZFS 系統管理與使用：進階主題
ZFS（Zettabyte File System）是一個功能強大且高度可靠的檔案系統，特別適用於需求高的資料儲存和管理。在這篇文章中，玄貓將探討如何在 Raspberry Pi OS 上進行 ZFS 的管理，並透過實際案例來說明相關操作。
多重映象組態與資料分配
ZFS 支援多重映象組態，這意味著你可以在一個 pool 中加入多組映象，以提高資料的冗餘性和安全性。以下是一個完整的範例，展示如何建立和管理這些映象。
首先，我們來檢視目前的 ZFS pool 情況：
root@raspberrypi:~# zpool list
NAME SIZE ALLOC FREE CKPOINT EXPANDSZ FRAG CAP DEDUP HEALTH ALTROOT
data2 112M 130K 112M - - 4% 0% 1.00x ONLINE -
接下來，我們使用 zpool add 命令來新增兩個新的磁碟到現有的 pool 中：
root@raspberrypi:~# zpool add data2 mirror /home/bob/disk3 /home/bob/disk4
root@raspberrypi:~# zpool list
NAME SIZE ALLOC FREE CKPOINT EXPANDSZ FRAG CAP DEDUP HEALTH ALTROOT
data2 224M 139K 224M - - 2% 0% 1.00x ONLINE -
現在，我們來檢視 pool 的狀態：
root@raspberrypi:~# zpool status data2
pool: data2
state: ONLINE
scan: resilvered 167K in 00:00:00 with 0 errors on Sun Nov 19 11:26:47 2023
config:
NAME STATE READ WRITE CKSUM
data2 ONLINE 0 0 0
mirror-0 ONLINE 0 0 0
/home/bob/disk2 ONLINE 0 0 0
/home/bob/disk1 ONLINE 0 0 0
mirror-1 ONLINE 0 0 0
/home/bob/disk3 ONLINE 0 0 0
/home/bob/disk4 ONLINE 0 0 0
errors: No known data errors
資料寫入分析
為了了解資料如何在不同的映象間分配，我們可以使用 zpool iostat -v 命令來檢視每個磁碟的資料寫入情況：
root@raspberrypi:~# zpool iostat -v data2
capacity operations bandwidth
pool alloc free read write read write
------- ------ ------ ----- ----- ----- ------
data2 139K 224M - - - -
mirror-0 125K 112M - - - -
/home/bob/disk2 - - - -
/home/bob/disk1 - - - -
mirror-1 14K 112M - - - -
/home/bob/disk3 - - - -
/home/bob/disk4 - - - -
內容解密：
這段程式碼展示瞭如何使用 zpool iostat -v 命令來檢視每個磁碟的資料寫入情況。zpool iostat 命令用於顯示 ZFS pool 的 I/O 操作統計資訊，而 -v 標誌則會顯示更詳細的資訊，包括每個 vdev（虛擬裝置）的狀態。
資料寫入與負載平衡
當我們在 pool 中新增新的磁碟後，ZFS 預設會將新的資料寫入到所有可用的磁碟中，以達到負載平衡。例如，當我們建立一個新的檔案時：
root@raspberrypi:~# truncate --size=64m /data2/datafile3
root@raspberrypi:~# zpool iostat -v data2
capacity operations bandwidth
pool alloc free read write read write
------- ------ ------ ----- ----- ----- ------
data2 138K 224M - - - -
mirror-0 116K 112M - - - -
/home/bob/disk2 - - - -
/home/bob/disk1 - - - -
mirror-1 22.5K 112M - -
內容解密：
這段程式碼展示瞭如何在 pool 中新增新的磁碟後，ZFS 預設會將新的資料寫入到所有可用的磁碟中。這樣做可以確保資料分佈均勻，提高讀取和寫入效率。
快照與備份
ZFS 提供了強大的快照功能，允許你在不影響正在執行的系統的情況下備份資料。快照是一種「時間點」複製技術，可以讓你在需要時回復到特定狀態。
清理工作環境
完成所有操作後，我們需要清理工作環境。首先刪除 data2 檔案系統及其檔案：
root@raspberrypi:~# zfs destroy -r data2
接下來刪除 data2 pool：
root@raspberrypi:~# zpool destroy data2
最後刪除模擬磁碟檔案並離開 root 使用者：
root@raspberrypi:~# rm /home/bob/disk*
root@raspberrypi:~# exit logout bob@raspberrypi:~$
內容解密：
這段程式碼展示瞭如何清理工作環境。首先使用 zfs destroy 命令來刪除指定的檔案系統及其檔案。接下來使用 zpool destroy 命令來刪除 ZFS pool。最後刪除模擬磁碟檔案並離開 root 使用者。
ZFS 快照與回復
ZFS 快照是一種非常有用的功能，它允許你在不影響正在執行的系統的情況下備份資料。快照是一種「時間點」複製技術，可以讓你在需要時回復到特定狀態。
內容解密：
這段程式碼展示瞭如何使用 zfs list 和 zfs rollback 命令來列出和回復 ZFS 快照。這些命令是管理 ZFS 快照的一部分，透過它們我們可以在需要時回復到特定狀態。
處理快照與備份
ZFS 提供了強大的快照功能，允許你在不影響正在執行的系統的情況下備份資料。快照是一種「時間點」複製技術，可以讓你在需要時回復到特定狀態。
以下是具體步驟：
一、列出快照
首先列出可用於回復的快照：
zfs list –t snapshot –r pool/filesystem
二、選擇快照
確認要回復到哪個快照。
三、回復操作
使用 zfs rollback 命令進行回復：
zfs rollback pool/filesystem@snapshot_name
四、驗證回復結果
確認是否成功回復：
ls /path/to/mount/point/
其他注意事項
- 確認備份：回復前請確認已經有一份最新備份。
- 系統狀態：進行回復操作時請確認檔案系統未被掛載或正在使用中。
- 設定掛載點：如果需要持久化掛載點設定（例如需要重啟後生效），請使用
zfs set mountpoint=/new/mount/point pool/filesystem命令。
透過上述步驟和命令，玄貓詳細說明瞭如何在 Raspberry Pi OS 上進行 ZFS 的管理和維護。希望這些實際操作和深入解析能幫助你更好地理解和掌握 ZFS 的強大功能。
ZFS 系統管理與使用
ZFS promote 指令的詳細介紹與實務應用
在 ZFS（Zettabyte File System）中，zfs promote 指令用於將一個 clone 檔案系統提升為其原始快照的父檔案系統。這個操作會讓 clone 檔案系統成為新的主檔案系統，而原始檔案系統則變成 clone。這在某些情境下非常實用，例如當你想回復到之前的快照，或者對 clone 進行修改後將其提升為主檔案系統時。
建立快照
首先，需要為原始檔案系統建立一個快照。這個快照會儲存檔案系統在特定時刻的狀態，作為不可變的參考點。
zfs snapshot tank/source@snapshot1
建立 Clone
接著，從原始檔案系統的快照中建立一個 clone。這個 clone 初始時會與原始檔案系統分享相同的資料。
zfs clone tank/source@snapshot1 tank/clone
對 Clone 進行修改
可以在不影響原始檔案系統的情況下，對 clone 進行修改。
echo "New data" > /tank/clone/somefile.txt
提升 Clone
當你希望將 clone 提升為新的主檔案系統時，使用 zfs promote 指令。
zfs promote tank/clone
內容解密：
- 建立快照：快照是 ZFS 中的一項重要功能，它允許你在不影響原始資料的情況下儲存檔案系統在特定時刻的狀態。這在資料備份和還原中非常有用。
- 建立 Clone：Clone 是從快照建立的，它與原始快照分享相同的資料，但可以獨立進行修改。這使得你可以在不影響原始資料的情況下進行測試和開發。
- 對 Clone 進行修改：在這一步，你可以對 clone 進行任何需要的修改。這些修改不會影響到原始檔案系統。
- 提升 Clone：
zfs promote指令將 clone 提升為新的主檔案系統。這意味著原本的主檔案系統現在成為了 clone，而之前的 clone 成了新的主檔案系統。
在 Raspberry Pi 上實施 ZFS 的具體步驟
前置條件
確保 ZFS 已安裝在你的 Raspberry Pi 系統上，並完成相關初始設定。
建立 vdev 和 zpool
首先，以 root 身份登入並檢查現有的 zpool。
bob@raspberrypi:~ $ sudo su -
root@raspberrypi:~# zpool list
no pools available
接著，建立一個 vdev 並建立 zpool。
root@raspberrypi:~# truncate --size 100m /home/bob/master
root@raspberrypi:~# zpool create sender /home/bob/master
建立 ZFS 檔案系統和快照
在 zpool 中建立一個名為 data 的 ZFS 檔案系統，並建立測試檔案和快照。
root@raspberrypi:~# zfs create sender/data
root@raspberrypi:~# echo "created: 09:58" > /sender/data/test.txt
root@raspberrypi:~# zfs snapshot sender/data@1
檢視和操作快照
檢查快照位置並將其設定為可見。
root@raspberrypi:~# zfs list -t snapshot
NAME USED AVAIL REFER MOUNTPOINT
sender/data@1 0B - 24.5K -
root@raspberrypi:~# zfs set snapdir=visible sender/data
檢查 data 檔案系統內容並進入快照目錄。
root@raspberrypi:~# ls -la /sender/data
total 2
drwxr-xr-x 3 root root 3 Nov 21 14:49 .
drwxr-xr-x 3 root root 3 Nov 21 14:49 ..
-rw-r--r-- 1 root root 15 Nov 21 14:49 test.txt
drwxrwxrwx 1 root root 0 Nov 21 14:49 .zfs
root@raspberrypi:~# cd /sender/data/.zfs/snapshot/1/
root@raspberrypi:/sender/data/.zfs/snapshot/1# ls -la
total 2
drwxr-xr-x 2 root root 3 Nov 21 14:49 .
drwxrwxrwx 2 root root 2 Nov 21 14:49 ..
-rw-r--r-- 1 root root 15 Nov 21 14:49 test.txt
建立備份檔案系統並傳送快照
建立備份檔案系統並傳送第一個快照。
root@raspberrypi:~# zfs create sender/backup
root@raspberrypi:~# zfs send sender/data@1 | zfs receive -F sender/backup
調整和比較備份
調整備份檔案系統為唯讀模式，並在原始檔案系統中進行更新。
root@raspberrypi:~# zfs set readonly=on sender/backup
root@raspberrypi:~# echo "`date`" >> /sender/data/test.txt
建立第二個快照並傳送差異
建立第二個快照並傳送差異到備份檔案系統。
root@raspberrypi:~# zfs snapshot sender/data@2
root@raspberrypi:~# zfs send -i sender/data@1 sender/data@2 | zfs receive sender/backup
比較和驗證資料
最後，比較第二個快照目錄中的內容與原始和備份檔案系統中的內容。
root@raspberrypi:/sender/data/.zfs/snapshot/2# more test.txt
created: 09:58
Tue Nov xx xx xx:xx xx PST
展望未來趨勢及實務應用評估
隨著 ZFS 技術的不斷進步，其在企業級資料儲存和管理中的應用也日益廣泛。未來可能會看到更多自動化工具和整合解決方案，使得 ZFS 的管理更加簡單高效。此外，雲端運算與 ZFS 的結合也將帶來更多靈活性和可擴充套件性。
然而，實施 ZFS 需要深入瞭解其架構和命令列操作。因此，玄貓建議技術人員應該充分學習並掌握相關知識，以確保在實際應用中能夠順利進行資料管理和還原操作。同時，結合具體案例進行練習也是非常重要的一環。
