【翻譯】ZFS - Ondiskformat 第一章虛擬設備（vdevs），Vdev Label以及Boot Block

時間 2019-11-17

標籤翻譯 zfs ondiskformat 第一章虛擬設備 vdevs vdev label 以及 boot block 简体版

原文原文鏈接

(翻譯《ZFS On-Disk Specification》，因爲是2006年給出的文檔，與當前ZFS系統確定有不少的不一樣，可是也是一份至關有幫助的ZFS學習文檔)

1.1 虛擬設備

ZFS存儲池是由一個虛擬設備集合構成的。這裏面一共有兩種虛擬設備：物理虛擬設備（physical virtual devices，也稱爲葉虛擬設備，leaf vdevs），以及邏輯虛擬設備（logical virtual devices，也稱爲內部虛擬設備，interior vdevs）。物理設備是一個可寫的塊設備（好比一個磁盤）；邏輯設備在概念上的一組物理設備。數組

Vdev是經過一個以物理設備爲葉子節點的樹來管理的。每個pool都有一個被稱爲「root vdev」的設備做爲這棵樹的根。root節點的全部直接子節點（不管是邏輯的仍是物理的）都被稱爲top-level vdevs。下圖顯示了一個由兩個Mirror構成的pool的虛擬設備樹。第一個Mirror（標籤爲M1）有兩個磁盤，分別經過「vdev A」和「vdev B」來表示；一樣的，第二個Mirror（標籤爲M2）也有兩個磁盤，分別經過「vdev C」和「vdev D」來表示。虛擬設備A，B，C，D都是物理虛擬設備。「M1」和「M2」都是邏輯虛擬設備，因爲M1和M2都是root的直接子節點，因此都是「top-level vdevs」。

佈局

1.2 虛擬設備標籤（Vdev Label）

Pool中的每個物理虛擬設備都包含一個256K的結構體——vdev_label。這個Label描述了這個設備以及同一top-level vdev下的其餘全部虛擬設備的信息。例如：對於虛擬設備C，它的vdev label中包含虛擬設備C，D以及M2的信息。vdev label的詳細信息在下一節中詳細描述。學習

使用vdev label有兩個目的：它提供訪問pool中信息的入口；另外它還被用於驗證pool的完整新和可用性。爲了保證vdev label老是合法可用的，咱們使用冗餘和特殊的更新方式。冗餘：pool中的每一個物理虛擬設備都有4個相同的Label，同一個設備上的4份是徹底相同的，不一樣設備則是不一樣的。更新：Label的更新過程當中，使用兩階段的事務來更新，這樣確保虛擬設備上至少有一個合法的Label。下面詳細介紹一下Label的冗餘和更新技術。ui

1.2.1 Label冗餘

pool中的每一個物理虛擬設備都有4份相同的Label，在更新過程當中，這4份Label每個均可以用來訪問、驗證pool中的數據。當一個設備被添加到pool中時，ZFS在設備的最前面放兩個Label，最後面也放兩個Label。下圖顯示四個Label的分佈，N表示設備的總大小，L0、L1爲前兩個Label，L2、L3爲後兩個Label。spa

考慮到通常狀況下設備的損壞都是一個連續的段，因此要將Label放在兩個不一樣的地方。翻譯

1.2.2 兩階段的事務性更新

Label的位置是在設備加入pool時就設定好了，所以Label的更新並不能像ZFS對待其餘數據那樣採用Copy-On-Write技術，也就是說，對Label的更新是直接覆蓋原有的數據。可是在寫任何數據的過程當中都有可能發生錯誤，爲了保證ZFS任什麼時候候老是有一個合法的Label，Label的更新過程被分爲兩個階段。第一階段更新偶數的Label（L0、L2），若是在這一階段中任什麼時候刻發生了錯誤，奇數Label（L1、L3）仍然是合法的。在L0、L2更新結束以後，第二階段則是更新L1、L3。code

1.3 vdev技術細節

vdev label的信息被分紅了4部分：8K的空閒空間（Blank Space），8K的boot header信息，112K的name-value鍵值對以及128K的1K大小的uberblock結構數組。下圖顯示了L0的擴展視圖。對象

1.3.1 空閒空間

ZFS支持使用VTOC（Volume Table of Content）和EFI兩種方式來描述磁盤佈局。EFI標籤並非Slice的一部分（它有本身的保留空間），VTOC標籤必須被寫在Slice0的前8K空間內，因此爲了支持VTOC標籤，vdev_label的前8K空間被保留下來防止重寫了VTOC標籤。遞歸

1.3.2 Boot Block Header

保留，之後使用。事務

1.3.3 Name-Value Pair List

後面的112KB存儲描述這個設備以及其關聯設備的鍵值對。關聯設備即：同一個top level vdev下的設備。好比下圖中的灰色圓內部的A，B，M1三個設備。

全部的鍵值對都使用XDR encoded nvlists存儲。關於更多的XDR encoding或是nvlists請參見 libnvpair(3LIB)和nvlist_free(3NVPAIR)man手冊。如下的鍵值對都被包含在這112K的部份內。

屬性	名稱	值	描述
Version	version	DATA_TYPE_UINT64	版本號
Name	name	DATA_TYPE_STRING	當前vdev所屬的pool名稱
State	state	DATA_TYPE_UINT64	當前pool的狀態，pool全部狀態有： POOL_STATE_ACTIVE 0 POOL_STATE_EXPORTED 1 POOL_STATE_DESTROYED 2
Transaction	txg	DATA_TYPE_UINT64	將這個Label寫入磁盤的事務組號
Pool Guid	pool_guid	DATA_TYPE_UINT64	pool的全局惟一標識符
Top Guid	top_guid	DATA_TYPE_UINT64	top_vdev的全局惟一標識符
Guid	guid	DATA_TYPE_UINT64	當前vdev的全局惟一標識符
Vdev Tree	vdev_tree	DATA_TYPE_NVLIST	vdev_tree使用遞歸的方式來描述。下文詳細描述

vdev_tree遞歸地描述與當前vdev相關的vdev的信息。

每一個vdev_tree都包含如下信息：

名稱	值	描述
type	DATA_TYPE_STRING	代表vdev的類, 有如下幾種類型: disk 葉設備:塊設備存儲 file 葉設備:文件存儲 mirror 內部設備:mirror raidz 內部設備:raidz replacing 內部設備:ZFS在設備替換時使用 root 內部設備:vdev tree的根設備
id	DATA_TYPE_UINT64	當前vdev在父節點孩子中的序號
guid	DATA_TYPE_UINT64	當前樹的全局惟一標識符
path	DATA_TYPE_STRING	設備路徑（僅用於葉虛擬設備）
devid	DATA_TYPE_STRING	vdev_tree的設備ID，僅用於disk類型的虛擬設備
metaslab_ arrary	DATA_TYPE_UINT64	由對象號構成的數組。數組中的每一個元素（ma[i]）metaslab對應的空間圖的對象號
metaslab_ shift	DATA_TYPE_UINT64	log2（metaslab大小）
ashift	DATA_TYPE_UINT64	log2（當前top level vdev的最小可分配單元，block大小）
children	DATA_TYPE_NVLIST_ARRARY	子節點的vdev_tree

1.3.4 uberblock

nvlist以後就是uberblock的數組。uberblock是訪問pool中數據的入口。任意時刻，只有一個uberblock處於激活狀態，全部uberblock中事務組編號最高且經過SHA-256 checksum驗證合法的uberblock爲激活的uberblock，它相似於UFS文件系統中的超級塊。