ZFS (sistema de archivos)

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Desarrollador	Sun Microsystems
Nombre Completo	ZFS
Introducido	November 2005 (OpenSolaris)
Identificador de la partición
Estructuras
Contenido del directorio	Extensible Hash table
Localización de Archivo
Bloques Malos
Límites
Máxima Dimencion de archivo	16 exabytes
Máximo numero de archivos	248
Tamaño máximo del nombre de archivo
Tamaño máximo del volumen	16 exabytes
Caracteres permitidos en nombres de archivo
Características
Fechas registradas
Rango de fecha
Bifurcaciones	Yes (called Extended Attributes)
Atributos	POSIX
Permisos de acceso a archivos	POSIX
Compresión transparente	Yes
Encriptación transparente	No
Sistemas operativos Soportados	Sun Solaris, Apple Mac OS X 10.5

ZFS es un sistema de ficheros libre, desarrollado por Sun Microsystems para su sistema operativo Solaris. El significado original era 'Zettabyte File System', pero ahora es un pseudoacrónimo.

El anuncio oficial de ZFS se produjo en Septiembre del 2004, [1]. El código fuente del producto final se integró en la rama principal de desarrollo de Solaris el 31 de octubre del 2005 [2] y fue lanzado el 16 de noviembre de 2005 como parte del build 27 de OpenSolaris.

ZFS fue diseñado e implementado por un equipo de Sun liderado por Jeff Bonwick.

ZFS destaca por su gran capacidad, integración de los conceptos anteriormente separados de sistema de ficheros y administrador de volúmenes en un solo producto, nueva estructura sobre el disco, sistemas de archivos ligeros, y una administración de espacios de almacenamiento sencilla.

Tabla de contenidos 1 Capacidad 2 Plataformas 3 Modelo transaccional (Copy-on-write) 4 Instantáneas (Snapshots) 5 Dynamic striping 6 Tamaños de bloque variable 7 Espacios de almacenamiento (Storage pools) 8 Creación de sistemas de ficheros ligeros 9 Capacidades adicionales 10 Enlaces externos

[editar] Capacidad

128 bits (1,6 × 10¹⁹ veces la capacidad de un sistema de ficheros de 64 bits).

Los límites de ZFS están diseñados para ser tan grandes que no se encuentren nunca en la práctica. Respecto a la capacidad del sistema, Jeff Bonwick, el arquitecto jefe de Sun para ZFS, dijo "Llenar un sistema de archivos de 128 bits excedería los límites cuánticos de almacenamiento de la tierra. No puedes rellenarlo sin hervir los océanos".

Algunos límites teóricos de ZFS son:

• 2⁴⁸ — Número de snapshots en cualquier sistema de ficheros (2 × 10¹⁴)
• 2⁴⁸ — Número de ficheros en un sistema de ficheros (2 × 10¹⁴)
• 16 exabytes — Tamaño máximo de un sistema de ficheros
• 16 exabytes — Tamaño máximo de un fichero
• 16 exabytes — Tamaño máximo de cualquier atributo
• 3 × 10²³ petabytes — Tamaño máximo de un zpool
• 2⁵⁶ — Número de atributos de un fichero (realmente limitado a 2⁴⁸ que es el número de ficheros que puede contener un sistema de ficheros ZFS)
• 2⁵⁶ — Número de ficheros en un directorio (realmente limitado a 2⁴⁸ que es el número de ficheros que puede contener un sistema de ficheros ZFS)
• 2⁶⁴ — Número de dispositivos en cualquier zpool
• 2⁶⁴ — Número de zpools en un sistema
• 2⁶⁴ — Número de sistemas de ficheros en un zpool

Como ejemplo de las capacidades expresadas por estos números, si un usuario crease 1000 ficheros por segundo, tardaría unos 9000 años en alcanzar el límite impuesto por el número de ficheros.

[editar] Plataformas

ZFS es parte de Solaris para SPARC y Solaris para x86. Los Pools y sus sistemas de ficheros ZFS asociados / zvols pueden moverse entre sistemas que utilicen SPARC y x86. El complejo formato de punteros de bloque también proporciona que los metadatos del sistema de ficheros se almacenen de manera adaptada al Endianness de la máquina, permitiendo en un almacenamiento que contien un pool ZFS se mueva entre sistemas que utilizan diferente orden para los bytes. Los bloques individuales de metadatos se escriben con el orden de bytes nativo del sistema que escribe el bloque. Cuando se lee, si el endianness no coincide, los bytes del metadato se intercambian en memoria. Como cabe esperar en los sistemas POSIX, desde el punto de vista de las aplicaciones, los ficheros son arrays de bytes, de manera que las aplicaciones siguen siendo responsables de copiar los datos de los ficheros con cualquier intercambio de bytes que sea necesario.

Sun ha indicado que está investigando el port del producto a Linux, aunque no hay planes para llevarlo a HP-UX o AIX, [3]. FreeBSD 7, a lanzarse a fines del 2007, también dará soporte a ZFS. [4]

[editar] Modelo transaccional (Copy-on-write)

ZFS utiliza un modelo transaccional copy-on-write. Todos los punteros a bloques de un sistema de ficheros contienen un checksum de 256 bits sobre el bloque apuntado, que se comprueba al leer el bloque. Los bloques que contienen datos activos no se sobrescriben nunca; en su lugar, se reserva un nuevo bloque, y los datos modificados se escriben en él, y entonces cualquier bloque de metadatos que lo referencie es, de modo similar, reubicado y escrito. Para reducir la sobrecarga de este proceso, se agregan varias actualizaciones en grupos de transacciones, y se utiliza un log de intentos cuando se necesitan escrituras síncronas.

[editar] Instantáneas (Snapshots)

Como ZFS no sobrescribe datos, tomar una instantánea simplemente significa no liberar los bloques utilizados por versiones antiguas de los datos. La ventaja es que las instantáneas se toman rápidamente y también son eficientes desde el punto de vista del espacio, pues comparten los datos sin modificar con el sistema de ficheros.

Se pueden crear instantáneas modificables (llamadas clones), lo que resulta en dos sistemas de ficheros independientes que se crean compartiendo un conjunto común de bloques. A medida que se realizan cambios los bloques del sistema de ficheros divergen, pero los bloques comunes se mantendrán independientemente de cuantos clones existan.

[editar] Dynamic striping

A medida que se añaden dispositivos al zpool, el ancho de las bandas se expande de forma automática para incluirlos, de manera que se utilizan todos los discos en el pool para balancear la carga de escrituras entre todos los dispositivos.

[editar] Tamaños de bloque variable

ZFS utiliza bloques de tamaño variable hasta 128K. El código disponible actualmente permite al administrador afinar el tamaño máximo de bloque utilizado, pues ciertas cargas no rinden bien con bloques grandes. También está contemplado un ajuste automático para adecuarse a las características de la carga de trabajo.

Si se activa la compresión se utilizan tamaños de bloque variablels, si un bloque se puede comprimir para que quepa en un bloque de tamaño menor, se utiliza el bloque pequeño en el disco, de manera que no sólo se consume menos capacidad sino que se aumenta el throughput de entrada/salida (con el coste de aumentar la sobrecarga de la CPU).

[editar] Espacios de almacenamiento (Storage pools)

A diferencia de los sistemas de ficheros tradicionales que residen encima de un sólo dispositivo subyacente y por lo tanto requieren un gestor de volúmenes separado si se precisa un sistema de archivos mayor que el dispositivo, ZFS se apoya en espacios de almacenamiento virtuales (virtual storage pools). Los espacios se construyen a partir de uno o más dispositivos virtuales (vdevs), de los que cada uno es o bien un raw device, un mirror (RAID 1) de uno o más dispositivos, o un grupo RAID-Z de dos o más dispositivos. La capacidad de almacenamiento de todos los vdevs esa disponible para todos los sistemas de archivos del zpool.

Para limitar la cantidad de espacio que un sistema de ficheros puede ocupar, se pueden aplicar cuotas de disco, y garantizar que habrá espacio disponible para determinado sistema de ficheros. Se puede fijar una reserva de disco.

[editar] Creación de sistemas de ficheros ligeros

La creación de un nuevo sistema de ficheros en el interior de un espacio de almacenamiento ZFS es extremadamente rápida y fácil, mucho más parecida en tiempo y esfuerzo a crear un nuevo directorio en un sistema de archivos tradicional que al tiempo y esfuerzo necesario para crear un nuevo sistema de ficheros en cualquier otro SO tradicional. Estos sistemas de ficheros pueden tener cuotas reservadas y otras capacidades de administración útiles. Entre los usos posibles se encuentra la creación de un sistema de ficheros separado, no sólo un directorio, para cada usuario del sistema.

[editar] Capacidades adicionales

• Prioridad I/O explícita con deadline scheduling
• Ordenación y agregación de I/O globalmente óptima
• Multiple independent prefetch streams with automatic length and stride detection
• Parallel, constant-time directory operations

Para las aplicaciones ZFS es un sistema de ficheros estándar POSIX; no es necesario ningún cambio en las aplicaciones para guardar datos en ZFS.

[editar] Enlaces externos

• ZFS Development Community
• Detailed ZFS Documentation
• ZFS Kernel Source Code
• ZFS On-Disk Specification (PDF)
• Tour of ZFS Source Code: Icluye una visión detallada de la arquitectura y una presentación organizada de los ficheros fuente.
• 5-minute Demo of ZFS: Muestra algunas operaciones básicas en la línea de comandos en tiempo real, mientras un narrador explica las distintas características.
• 5-minute Demo of ZFS: Demostración de las características de auto reparación de ZFS después de un fallo catastrófico simulado.
• [5]: Comparación de sistemas de ficheros
• [6]: Principal competidor de ZFS