文件修改、移动和重命名的 ZFS 快照行为处理

Question

由于 ZFS 被描述为更像数据库而不是文件系统，因此我们有理由期望它的行为也更像版本管理系统，智能地管理文件修改、移动和重命名。这些问题专门询问有关快照的问题，但是快照与克隆有很多共同点

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1. 当快照后在 ZFS 中修改文件时，快照的大小是相同且仅存在差异，还是整个文件？
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2. 当文件在快照之后移动到 ZFS 中时，快照\n的大小是否基本上保持为零？
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3. 当快照后在 ZFS 中重命名文件时，快照的大小是否基本上保持为零？
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4. 当文件在快照后具有其自身的硬链接副本时，快照是否基本上保持为空？

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5. 有人建议 BTRFS 的设计目的与 ZFS 大致相同，那么在这些条件下它是否会具有相同的行为？

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6. 当 Windows 计算机通过 SAMBA 远程访问 ZFS 共享时，上述相同行为是否成立，或者 SAMBA 是否是标准驱动器指令的子集（即移动变为复制+删除）？

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7. 是否可以笼统地回答上述问题，或者答案都是特定于实现的？

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根据评论者的要求，以下是对所描述的操作执行的测试：

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系统信息：

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• CentOS 7 内核 3.10.0
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• ZFS v0.6.5.9-1
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。

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                  `zpool list`           `zfs list`\n      POOL        SIZE  ALLOC   FREE    USED   AVAIL  REFER\n

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创建池：zpool create -m /test/mnt FILE-TEST /test/1.img /test/2.img

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      FILE-TEST   224M  80.5K    224M    73K    192M    19K\n

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快照：zfs snapshot FILE-TEST@1

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      FILE-TEST   224M   122K    224M    73K    192M    19K\n      FILE-TEST@1                          0       -    19K\n

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创建文件：echo \xe2\x80\x98test\xe2\x80\x99 > /test/mnt/test.txt

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      FILE-TEST   224M   132K    224M    95K    192M    21K\n      FILE-TEST@1                        17K       -    19K\n

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增加文件大小：`head -c 128K /test/mnt/test.txt

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      FILE-TEST   224M   678K   223M    490K    192M    148K\n      FILE-TEST@1                        17K       -    19K\n

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快照：zfs snapshot FILE-TEST@2

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      FILE-TEST   224M   267K   224M    239K    192M    148K\n      FILE-TEST@1                        17K       -     19K\n      FILE-TEST@2                          0       -     48K\n

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编辑文件，更改最后 4 个字节。

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      FILE-TEST   224M  1.07M   223M    386K    192M    148K\n      FILE-TEST@1                        17K       -     19K\n      FILE-TEST@2                       138K       -    148K\n

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快照：zfs snapshot FILE-TEST@3

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      FILE-TEST   224M   548K   223M    388K    192M    148K\n      FILE-TEST@1                        17K       -     19K\n      FILE-TEST@2                       138K       -    148K\n      FILE-TEST@3                          0       -    148K\n

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重新命名文件mv test.txt test2.txt

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      FILE-TEST   224M   552K   223M    404K    192M    150K\n      FILE-TEST@1                        17K       -     19K\n      FILE-TEST@2                       138K       -    148K\n      FILE-TEST@3                        10K       -    148K\n

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快照：zfs snapshot FILE-TEST@4

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      FILE-TEST   224M  1.06M   223M    645K    191M    150K\n      FILE-TEST@1                        17K       -     19K\n      FILE-TEST@2                       138K       -    148K\n      FILE-TEST@3                        10K       -    148K\n      FILE-TEST@4                          0       -    150K\n

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新建文件夹：mkdir /test/mnt/subdir

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      FILE-TEST   224M   716K   223M    420K    192M    151K\n      FILE-TEST@1                        17K       -     19K\n      FILE-TEST@2                       138K       -    148K\n      FILE-TEST@3                        10K       -    148K\n      FILE-TEST@4                         9K       -    150K\n

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快照：zfs snapshot FILE-TEST@5

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      FILE-TEST   224M   790K   223M    424K    192M    151K\n      FILE-TEST@1                        17K       -     19K\n      FILE-TEST@2                       138K       -    148K\n      FILE-TEST@3                        10K       -    148K\n      FILE-TEST@4                         9K       -    150K\n      FILE-TEST@5                          0       -    151K\n

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移动文件：mv /test/mnt/test2.txt /test/mnt/subdir/

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      FILE-TEST   224M   584K   223M    444K    192M    151K\n      FILE-TEST@1                        17K       -     19K\n      FILE-TEST@2                       138K       -    148K\n      FILE-TEST@3                        10K       -    148K\n      FILE-TEST@4                         9K       -    150K\n      FILE-TEST@5                        10K       -    151K\n

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快照：zfs snapshot FILE-TEST@6

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      FILE-TEST   224M   602K   223M    447K    192M    151K\n      FILE-TEST@1                        17K       -     19K\n      FILE-TEST@2                       138K       -    148K\n      FILE-TEST@3                        10K       -    148K\n      FILE-TEST@4                         9K       -    150K\n      FILE-TEST@5                        10K       -    151K\n      FILE-TEST@6                          0       -    151K\n

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创建硬链接文件：cp -l /test/mnt/subdir/test2.txt /test/mnt/subdir/test3.txt

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      FILE-TEST   224M   603K   223M    466K    192M    152K\n      FILE-TEST@1                        17K       -     19K\n      FILE-TEST@2                       138K       -    148K\n      FILE-TEST@3                        10K       -    148K\n      FILE-TEST@4                         9K       -    150K\n      FILE-TEST@5                        10K       -    151K\n      FILE-TEST@6                        12K       -    151K\n

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从上述观察：

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• SIZE 和 FREE 非常恒定并且与文件消耗的空间一致
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• ALLOC 是随机的
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• 快照上的 REFER 似乎等于池上当前的 REFER
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• 在大多数操作中，快照上的 USED 大约为 10KB，除了文件更改之外，其中 USED 略大于整个更改的文件大小。
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• 池中的USED以不等的跳跃增长
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• 每次操作 REFER 逐渐增长到 1K 左右
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• 非当前快照的大小保持不变
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Answer 1

1. 当快照后在 ZFS 中修改文件时，快照的大小是相同且仅存在差异，还是整个文件？

不同的块会增加大小。

这意味着如果一个文件由 100 个块组成，并且您修改单个字节（假设一个字节小于一个块），则最后将添加一个新块（总共 101 个），您的旧文件将引用块 1 到 100（可以从快照中进行只读访问），并且您的新/当前文件将引用块 1 到 37 和 39 到 101（或任何其他组合，具体取决于您的实际修改操作）。

一旦您销毁快照，块 38 将被标记为空闲并且可以被覆盖（只要没有其他快照引用它）。

2. 当文件在快照后移动到 ZFS 中时，快照的大小是否基本上保持为零？

在同一文件系统内是的，除了元数据（例如，引用必须重新排列）。

在文件系统之间，这是完整的复制+删除操作，即使文件系统位于同一池或彼此的后代上也是如此。

3. 当快照后在 ZFS 中重命名文件时，快照的大小是否基本上保持为零？

是的，除了元数据（例如您的新名字必须记录在某处）。

4. 当文件在快照后具有其自身的硬链接副本时，快照是否基本上保持为空？

您能在这里说得更具体一些吗？

5. 有人建议 BTRFS 的设计目的与 ZFS 大致相同，那么在这些条件下它是否会具有相同的行为？

我不会假设它所做的一切都是一样的。

6. 当 Windows 计算机通过 SAMBA 远程访问 ZFS 共享时，上述相同行为是否成立，或者 SAMBA 是否是标准驱动器指令的子集（即移动变为复制+删除）？

Windows 文件共享有两种可能的实现 - 要么是 Sun 为 Solaris 开发并通过 OpenSolaris/illumos 开源的 CIFS 服务器，要么是几乎所有 GNU/Linux 发行版和 BSD 系统中使用的 Samba SMB 实现：

• Solaris 版本更好地适应了 ZFS 功能（例如直接在文件系统上设置共享属性、将 ZFS 快照实现为 Windows 早期版本）。
• 另一方面，Samba 版本更具跨平台性，并且具有一些更高级的功能，例如（部分）SMB3 支持、IIRC。

我认为在第二种情况下，您的情况与其他系统上的情况几乎相同，尽管我没有测试它。

7. 是否可以笼统地回答上述问题，或者答案都是特定于实现的？

如果您喜欢阅读 C 代码，您可以根据 illumos/OpenZFS repo（Github 存储库）上的代码具体回答，也可以根据手册页和文档进行一般性回答。例如，其中详细解释了 REFER、USED 等属性。最有趣的联机帮助页是man zpool（硬件、磁盘布局、池属性）、man zfs（文件系统属性、快照、克隆）、man chmod（仅限 Solaris/illumos、文件和共享 ACL）和man zdb（调试和分析）。