【第二回ゼロからはじめる Oracle Solaris 11】02 Solaris 11 を支える最強のファイルシステム ZFS ～ ZFS ファイルシステムとブート環境の基礎～

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Oracle Solaris 11 を支える
最強のファイルシステム ZFS
～ ZFS ファイルシステムとブート環境の基礎～
佐藤和幸
日本オラクル株式会社
2015/01/23

以下の事項は、弊社の一般的な製品の方向性に関する概要を説明するものです。また、情報提供を唯一
の目的とするものであり、いかなる契約にも組み込むことはできません。以下の事項は、マテリアルや
コード、機能を提供することをコミットメント（確約）するものではないため、購買決定を行う際の判
断材料になさらないで下さい。オラクル製品に関して記載されている機能の開発、リリースおよび時期
については、弊社の裁量により決定されます。
OracleとJavaは、Oracle Corporation 及びその子会社、関連会社の米国及びその他の国における登録商標です。
文中の社名、商品名等は各社の商標または登録商標である場合があります。
2

Program Agenda
1
2
3
4
5
ZFS ファイルシステム
ZFS ファイルシステムの特徴
ブート環境(Boot Environment)
その他の機能
ZFS Performance
3

4

ZFS が開発された理由
ディスクの増設や交換って面倒ですよね？
• Solaris 開発チームの拠点引っ越しの際、サーバーのハードディスク
をアップグレード
– しかし、トラブル発生
– なんでディスクの追加や交換ってこんなに面倒なんだっけ？メモリは、挿し
て電源を入れるだけで認識するのに…
• ストレージもメモリのように扱えないだろうか？
– 複雑なボリューム管理
– デバイスの制約や依存

ZFS ファイルシステムの歴史
2001 2005 将来2008 2011 2014
ZFS Project
開発開始
プロトタイプ作
成
Solaris 10
リリース
Sun Storage 7x10
Unified Storage
System 発表
Sun ZFS Storage
7120 発表
Oracle ZFS
Storage ZS3-x 発表
Solaris 11.2
zpool ver 35
1996 2002
HDDの扱いに
疑問を抱く
2006
Solaris 10
6/06リリース
ZFS搭載
カーネル内での
動作を確認
zpool ver 1
2010
オープンソースにて
ZFS Project 公開
FreeBSD, Linux, Mac OS X(drop), OpenZFS
Solaris 11
リリース
2012
Solaris 11.1
リリース

Reliability/Availability/Serviceability/Virtualization/Security/Efficiency/Security
• ZFS の設計目標:
• Copy-on-write デザイン:ディスク上のデータは上書きされない
• スナップショット：ファイルシステムレプリケーションにも利用
• End-to-End のデータ完全性：データパスを通してチェックサムを保護
• 「自己修復」機能：ミラーサイトを基に破損したデータを自動修復
• ボリューム管理機能：マルチレベルの RAID 機能を提供
• Stripe, Mirror, RAIDZ (パリティ保護レベルにより RAIDZ1/2/3 を提供)
• ZFS が提供するデータパスの信頼性：Solaris OS、アプリケーション、および
ハードウェアスタックで利用可能

整合性担保の仕組み

Solaris ZFS “Zetta-bytes Filesystem”
• Oracle Solaris 11 からのデフォルト・ファイルシステム
– ストレージプールという考え方
– ボリュームマネージャ機能の統合
– データ保護
• ZFS の特徴的な機能
– Copy-on-write の採用
– チェックサムによるデータ整合性の担保
– トランザクションによるデータ処理
– ブロックレベルでの圧縮と暗号化
– 無制限のファイルシステム
– 高速なスナップショットとクローン機能
 ファイルシステムおよびボリューム管理機能レイヤーを統合することにより
シンプルな管理を実現
 RAID 機能: ストライプ, ミラー, RAIDZ, RAIDZ2, RAIDZ3
ストレージプール・レイヤ
ブロックデバイスドライバ
トランザクション・オブジェクト・レイヤ
ブロックデバイスの
エミュレート機能 POSIX レイヤ
raw swap dump
iSCSI
ZFS
FC
NFS CIFS
HDD SSD iSCSI
ファイル

ストレージプールとファイルシステム
• 物理ストレージ(ディスクドライブ)を登録
• イメージとしては容れ物 (プール) に格納
• 必要に応じてその容量が使用される
• プール内でRAIDを構成可能
• ミラーしたり、パリティを何ドライブ使うか、
スペア、など
• ファイルシステムに割り
当てるHDDは自動決定
(書き込みのリバランス)
 ファイル置き場としてストレージ管理をする単位
 既存ファイルシステムではこの区切りが「壁」
 ZFS: 必要な容量がプールから自動で切り出されて使
われる
– 最大容量を設定する必要無し(設定も可能)
 同一プール内のファイルシステムでプール容量を共有
 ファイルシステムサイズの上限=プールサイズ
 そのファイルシステムに格納するデータが増加
– プールから容量が自動で割り当てられる
ストレージプールファイルシステム(データセット)
ストレージプール

• パーティション管理からの解放
• ボリューム管理機能の統合
• シンプルな管理
11

2 つのコマンドとサブオプションで様々な管理を実施
コマンド概要
zpool ストレージプールの管理
zfs ファイルシステム(データセット) の管理
12
# zpool create testpool c1t2d0 → ストレージプールの作成
# zpool list
NAME SIZE ALLOC FREE CAP DEDUP HEALTH ALTROOT
rpool 31.5G 9.42G 22.1G 29% 1.00x ONLINE -
testpool 11.9G 86.5K 11.9G 0% 1.00x ONLINE -
# zfs create testpool/dataset01 → 作成したストレージプールからファイルシステムの切り出し
# zfs create testpool/dataset03
# zfs create testpool/dataset02
# zfs list
testpool 202K 11.8G 34K /testpool
testpool/dataset01 31K 11.8G 31K /testpool/dataset01

ファイルシステムの互換性
• POSIX 標準規格に準拠したインターフェイスを提供
• エンディアン・ニュートラルなストレージプール
• SPARC と x86 プラットフォーム間で物理ストレージを移動可能
• 統合されたブロックおよびファイル・プロトコル
– OS が提供する NFS, CIFS, iSCSI, FC プロトコルとの連携
• Solaris 11 シャドウ・マイグレーション機能によるレガシーファイ
ルシステムからのデータ移行
– NFS を利用するため移行方法が容易

比類なきスケーラビリティ
• 128 bit ファイルシステム
– 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456
• 25 京 6000 兆 (256 クアデリリオン) ゼタバイトのストレージ領域
• 動的なメタデータ・アロケーション
• 事前に inode の確保は不要
• ファイルシステムの容量拡張は自動
• 従来のバックアップスライスやパーティションは不要
• 最大 2^48 (256 兆) のディレクトリ・エントリをサポート
• ファイルシステムやファイル数に制限なし

比類なきスケーラビリティ
2^48 個々のディレクトリのエントリ数
2^56 ファイルの属性数 [1]
2^56 ディレクトリ内のファイル数 [1]
16 EiB (2^64 bytes) ファイルシステムの最大サイズ
16 EiB 単一ファイルの最大サイズ
16 EiB 任意の属性の最大サイズ
2^64 任意のプール内のデバイス数
2^64 システム内の最大プール数
2^64 プール内の最大ファイルシステム数
2^64 任意のファイルシステムの最大スナップショット数
2^56 ZiB プールの最大サイズ
[1]実際にはZFSファイルシステム内のファイルの数(2^48)が上限

• トランザクション-オブジェクト・モデルの採用
– トランザクションは成功するか失敗するかの何れか
• Copy-on-Write によりデータの上書きは行われない
• 成功しなければデータは更新しされない
• よって、失敗してもデータは破壊されず、トランザクション・ログから rollback することで
データの一貫性を提供
– ファイルやディレクトリの実態や情報など、全てがオブジェクトとして扱わ
れ、ブロックの塊で管理される
– fsck が不要に

ZFS ファイルシステムの特徴「Copy-on-write」
既存データを上書きせずに新しいデータを書き込む手法
アプリケーション
から見えるデータ
(ファイルなど)初
期状態
アプリケーションから
更新されたデータが見
える状態。
CoW による更新が完了
するまで更新データは
見えない
更新開始。アプリ
ケーションからは
更新前のデータが
見えている
更新が内部的に完了
しデータを示すポイ
ンタを更新する。
アプリケーションか
らは更新前のデータ
が見えている
START!
GOAL!

スナップショット/クローン機能
• Copy-on-write の特性を生かした機能
• 任意時点でのファイルシステムの論理的な複製を作成可能
– クローン作成時点ではディスク容量を消費しない
– クローン作成時間はファイルシステムの容量と無関係
– オリジナルが変更されると変更前のデータを退避(ディスク容量を消費)
• 任意時点のスナップショットにロールバック可能

スナップショット/クローン機能
• スナップショットから書き込み可能なファイルシステムを作成可能
– スナップショットの複製を内部的に作成し、書き込み可能なファイルシステ
ムとして提供
– クローン作成時点ではディスク容量を消費しない
– クローン作成時間はファイルシステムの容量と無関係
– クローンに対する書き込み分(オリジナルデータからの変更)だけ容量を消費
• クローンをオリジナルのファイルシステムへ昇格させるプロモート
機能を提供
– オリジナルとクローンを入れ替えることにより、クローンの元となるファイ
ルシステムを削除可能

データに信頼を付加 - End-to-End のチェックサム
• ディスクに書かれるデータに
チェックサムを付加
• ツリー全体用のチェックサム
– silent data corruption への対策
– IO パス全体のチェック
• bit rot
• phantom writes
• misdirected read/writes
• accidental overwrites
• DMA parity errors
• driver bugs

不正データを検出片方のドライブは
正常なデータを保持
不正データを
正しいデータに
破損データの自己修復機能
• 破損データ検知後、チェックサム機構により他のドライブから正常
なデータをコピーし修復

• Ditto Block
– 書き込まれるデータは、データとメタデータで構成される
• メタデータにデータそのものを示すポインタが格納
– 標準はデータのコピーを 1 つ、メタデータを 2 つプール内に持つ
• メタデータが壊れた場合は、データにアクセスすることができない
– データおよびメタデータの複数コピーをプール内に持つことが可能
• 片方メタデータmataが壊れても、データへアクセスが可能
– データを 2 つ以上持つことも可能(ディスクを消費する)
• プール内でデータのミラーリングが可能
– 最大 3 つのデータ, 3 つのメタデータ保持を設定可能
HDD
data
data
meta
meta
meta

ボリューム管理機能
• stripe: RAID 0 相当
• mirror: RAID 1 相当
• RAID-Z (ZFS 固有の呼び方)
– RAID-Z (singel parity): RAID 5 の拡張
– RAID-Z2 (dubble parity RAID-Z): RAID 6 の拡張
– RAID-Z3 (triple parity RAID-Z)
RAID-Z 作成例
# zpool create tank raidz c0t0d0 c0t1d0 c0t2d0 c0t3d0 c0t4d0 c0t5d0
Mirror 作成例
# zpool create tank mirror c0t0d0 c0t1d0 mirror c0t2d0 c0t3d0

ファイルが書き込まれるまで
FS からボリュームへ
• Block device interface
• ブロックを書く、ブロック
を書く、ブロックを書く…
• 電源断 = 一貫性が失われる
• 対策 = ジャーナリング
(遅く、複雑)
ファイルシステム/ボリュームモデル vs ZFS
ボリュームからディスクへ
 Block device interface
 ミラー同期のためにすぐに
各ディスクに各ブロックを
書き込む
 電源断 = 復帰後、再同期が
必須
 同期書き込みで遅い
ZFS からDMUへ
 オブジェクトベースの
トランザクション
 オブジェクトの変更操作
DMUからストレーズプールへ
 トランザクショングループの
コミット
 電源断 = 成功か失敗か
 常に一貫性を担保
 ジャーナルは必要なし
ストレージプールからディスクへ
 I/O 操作
 電源断 = 復帰後、再同期必要なし
ボリューム
ファイル
システム
disk disk
SPA
DMU
disk disk
ZPL

ファイルが書き込まれるまで
• すべてのデータは Copy-on-Write で書き込まれる
– ブロックの直接書き込みをせずライブデータを上書きすることはない
– ファイルシステムの不整合が発生しないため fsck なども必要ない
• すべてのデータがオブジェクトに変換されトランザクションとして
扱われる
– 書き込みは成功するか失敗するかの何れか
• すべてのオブジェクトがチェックサムで守られる
– サイレントデータコラプションの排除, クラッシュによるデータ破壊
• 更にデータ保護を強化する機能
– ミラー、RAID-Z1/2/3, ディスクスクラビング
ZFS 信頼性と可用性モデルのまとめ

ブート環境(Boot Environment)
beadm

Oracle Solaris 10 と Oracle Solaris 11.2 の比較
ブートおよびアップグレードについて
機能 Oracle Solaris 10 Oracle Solaris 11.2
ルートデバイスからのブート UFS , ZFS または Solaris ボリュームマネージャー (SVM) ルー
トデバイス
Oracle Solaris ZFS ルートファイルシステムのみサポート
ブート (復旧) SPARC: ok PROM プロンプトで boot -F failsafe と入力するこ
とにより、フェイルセーフモードでブート
x86: ブート時に GRUB メニューでフェイルセーフエントリ
を選択することにより、フェイルセーフモードでブート
フェイルセーフモードは提供されていません。エラー状況に応じて、
シングルユーザーモードでブートするか、またはシステムの復旧手順
を実行します。
システムアップグレードと
ブート環境の管理 lu (Live Upgrade) および SVR4 パッケージコマンド
IPS と連係した pkg コマンド、パッケージマネージャー、更新マネー
ジャーを利用。
beadm ユーティリティー (ブート環境の管理用)の提供
• Oracle Solaris 11では、ZFS Root のみサポート
• ブート環境を管理する beadm ユーティリティの提供
• ソフトウェアの管理は、IPS (Image Packaging System)にて一新
– SVR4パケージの管理コマンドも一部サポート

ブートデバイスについて
• ZFS Root のみサポート
– UFS Root は廃止
• データ領域としての UFS ファイルシステムはサポート
– Solaris Volume Manager による root mirroring およびブートを廃止
• ZFSを採用することにより、SVM によるブートデバイス管理を廃止
• ブートデバイスに利用できないだけで、機能としては継続提供
• ZFS Root を採用することで大きなメリットを提供
– ボリュームマネージャ機能の統合、複数ブート環境(BE)の管理
– メンテナンスの簡素化
• 安全なアップグレードなど

ブート環境(Boot Environment)について
/ (root) / (root) / (root)
swap swapswap
未使用
未使用未使用
未使用
/ の複写更新
その他
データ
その他
データ
その他
データ
現在の
ブート環境
現在の
ブート環境
現在の
ブート環境
Disk 1 Disk 1 Disk 1
Disk 2Disk 2Disk 2
数十分後
数秒後
現在の
ブート環境
新しい
ブート環境
新しい
ブート環境
新しく更新された
ブート環境
空パーティ
ション
現在のブート環境
現在のブート環境
新しく更新された
ブート環境
更新
zpool zpool zpool
Solaris10Solaris11
大幅な時間短縮が可能に
ZFS snapshot/clone 機能を活用

# beadm list → BE のリストアップ
BE Active Mountpoint Space Policy Created
-- ------ ---------- ----- ------ -------
solaris NR / 5.86G static 2014-09-29 15:50 → 初期状態
# beadm create solaris-backup → BE 作成
# beadm list
-- ------ ---------- ----- ------ -------
solaris NR / 5.86G static 2014-09-29 15:50
solaris-backup - - 170.0K static 2015-01-22 22:52 → 作成された BE
# beadm list –a → 各 BE のデータセット構成
BE/Dataset/Snapshot Active Mountpoint Space Policy Created
------------------- ------ ---------- ----- ------ -------
solaris
rpool/ROOT/solaris NR / 5.27G static 2014-09-29 15:50
rpool/ROOT/solaris/var - /var 443.50M static 2014-09-29 15:50
rpool/ROOT/solaris/var@2015-01-22-13:52:53 - - 20.0K static 2015-01-22 22:52
rpool/ROOT/solaris/var@install - - 96.25M static 2014-09-29 15:53
rpool/ROOT/solaris@2015-01-22-13:52:53 - - 60.0K static 2015-01-22 22:52
rpool/ROOT/solaris@install - - 60.57M static 2014-09-29 15:53
solaris-backup
rpool/ROOT/solaris-backup - - 133.0K static 2015-01-22 22:52
rpool/ROOT/solaris-backup/var - - 37.0K static 2015-01-22 22:52

ブート環境(Boot Environment)の切り替え
# beadm list
-- ------ ---------- ----- ------ -------
solaris NR / 5.86G static 2014-09-29 15:50 → N = アクティブな BE, R = 再起動後に有効な BE
solaris-backup - - 170.0K static 2015-01-22 22:52
# beadm activate solaris-backup
# beadm list
-- ------ ---------- ----- ------ -------
solaris N / 571.5K static 2014-09-29 15:50
solaris-backup R - 5.86G static 2015-01-22 22:52 → activate により R フラグが soaris-backup BE に
# reboot → 再起動
# beadm list
-- ------ ---------- ----- ------ -------
solaris - - 59.12M static 2014-09-29 15:50
solaris-backup NR / 6.04G static 2015-01-22 22:52 → 再起動後、NR フラグが solaris-backup BE に

ブートデバイスについて
• ZFS Root のディスクについて
– x86 は、fdisk パーティションに作成される SMI ラベルで構成
• UEFI 搭載機では、EFI ラベル(GPT パーティション)をサポート
– SPARC は、SMI ラベルで構成されるパーティション
• 最新ファームウェアでは EFI ラベルをサポート
– 非ブートデバイスかつディスク全体を指定することで EFI ラベルが適用
– 冗長化構成は、ミラーのみ。RAIDZ は適用不可
• インストール時の ZFS Root のミラー化について
– AI インストールでのみ構成可能
– メディアインストールの場合は、手動にて容易に構成可能

その他
機能 Oracle Solaris 10 Oracle Solaris 11.2
ファイルシステムの共有 /etc/dfstab ファイル ZFS のプロパティにて設定
swap, dump device
インストール時に決定
swap device と dump device の2 つが自動構成
容量は自動にて設定される
/usr などを別スライスに
可能
OS コンポーネントは root pool に存在させる必要
あり
バックアップ
ufsdump, ufsrestore
- 統合アーカイブ機能 (Unified Archive)
- 機能を組み合わせることにより、ファイルシス
テムのバックアップ機能を提供
• ZFS を標準のファイルシステムとしたことによる差異となる
• 機能を組み合わせたバックアップとシステムリカバリについては、下記のドキュメ
ントを公開
Oracle Solaris 11 でのシステムアーカイブの実行と復旧の手順
http://www.oracle.com/technetwork/jp/articles/servers-storage-admin/o11-091-sol-dis-recovery-
1568621-ja.html

ファイルシステムの共有
• ZFS share プロパティによる共有方法へ
– zfs set share コマンドで dataset の共有を宣言
• # zfs set share=name=export,path=/export,prot=nfs rpool/export
• (nameとpathとprotは必須、prot後にプロトコル依存オプションを記載、「,」後は
スペース無)
• 解除は zfs set -c share=name=pub rpool/export など
– zfs set sharenfs or sharesmb でプロトコルレベルでの共有を開始
• # zfs set sharenfs=on rpool/export (←ここで初めて公開される)
• 詳細は、ディープダイブ #1 の資料を参考
slideshare.net/SolarisJP/solaris-11-zfs
# share
export /export nfs sec=sys,rw

統合アーカイブ
archiveadm

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Solaris 11.2 のアーカイブ/テンプレート機能
導入の柔軟性を最大化 – どこへでも、どこからでも

アーカイブの種類
用途により 2 つのタイプを用意
クローン・アーカイブリカバリ・アーカイブ
独立したシステムのアーカイブ
対象は一つのゾーンのみ（大域ゾーンまたは非大域ゾーン）
• 大域ゾーンのアーカイブに非大域ゾーンが必ず含まれる
アクティブな BE のみが含まれる全ての BE が含まれる
ZFS データセットのクローンはプロモートされる
ZFS データセットのクローンは関係を維持したまま保
存される
システム構成は初期化される
• ノード固有、インスタンス固有データは削除される
システム構成は保存される
完全なクローンイメージを作成
• システムとデバイスの構成はソースに依存しない
• システムログやイベントも初期化される
デバイス構成情報のみ初期化
37
• OVF (Open Virtualization Format) 準拠
• OVF に沿った仕様を採用
• OVA (Open Virtualization Format Archive) ファイル形式での配布
• シングルコマンドで操作可能

archiveadm の実行例
# archiveadm create -e ./archive.uar
Initializing Unified Archive creation resources...
Unified Archive initialized: /var/tmp/archive.uar
Logging to: /system/volatile/archive_log.4626
Executing dataset discovery...
Dataset discovery complete
Preparing archive system image...
Beginning archive stream creation...
Archive stream creation complete
Beginning final archive assembly...
Archive creation complete
# archiveadm info ./archive.uar
Archive Information
Creation Time: 2015-01-22T14:40:08Z
Source Host: s11u2-sru2-8
Architecture: i386
Operating System: Oracle Solaris 11.2 X86
Deployable Systems: global
# ls -al archive.uar
-rw-r--r-- 1 root root 1594900480 1月 22日 23:45 archive.uar

ゾーンでの利用
• アーカイブ情報を利用しゾーンの作成:
• ゾーンのインストール：
• Full support for Kernel Zones
– 組み込み用ゾーンメディアを作成して活用するなど
• 大域ゾーンのイメージは、非大域ゾーンにも利用可能
• Solaris 自動インストーラを利用してベアメタルインストールにも
利用可能
# zonecfg -z quick create -a /data/archive.uar -z nimble
# zoneadm -z quick install -a /data/archive.uar -z nimble -u

その他の機能

その他の機能
機能概要プロパティ
圧縮機能 (compression) ブロックレベルの圧縮機能 compression (zfs)
暗号化機能 (encryption) ファイルシステムの暗号化機能 encryption (zfs)
クォータ/領域予約機能
(quota/reservation)
クォータ機能 quota/reservation (zfs)
重複排除機能 (Deduplication) ブロックレベルの重複排除機能 dedup (zfs)
Shadow Migration NFS を利用したデータ移行機能 -
Volume Emulate /dev/zvol/{dsk,rdsk}/pool/n として
ブロックデバイスを提供
vol (zfs)
42

その他の機能
機能概要プロパティ
zfs diff ZFS スナップショット差分表示 -
zpool split ミラー構成からブールを分割 -
autoexpand 動的 LUN 拡張 autoexpand (zpool)
zfs allow ZFS 委任管理機能 -
zfs send/recv レプリケーション -
iSCSI/FC でのストレージサービ
ス機能 (LUN)
COMSTAR による iSCSI/FC ター
ゲット機能
-
CIFS/NFS サービスファイル共有機能 (NFS, CIFS) -
43

その他の機能
• zpool と zfs ファイルシステムはバージョンで管理される
– 機能が実装されるとバージョンアップ
– zpool/zfs upgrade –v で version を確認可能
• zfs send/recv 時の注意点
– 新しいバージョンから古いバージョンへの zfs send/recv はサポートされない

Oracle Solaris 11.2 ZFS Features
 データ管理コストと複雑さのさらなる軽減
- 統合アーカイブ機能によるリカバリとクローン
- ZFS レプリケーション(send/recv) モニタリング強化
 ストレージの柔軟性の更なる向上
- OpenStack CINDER ブロックストレージのサポート
- Zones を共有ストレージへ配置 (ZOSS)
 パフォーマンスの向上
- プールのリシルバリング・パフォーマンス
- 同期書き込みパフォーマンス

ZFS Performance

ZFS Source Code Diagram
Interface Layer
Transactional
Object
Layer
Pooled
Storage
Layer
VDEV
disk disk disk
ZAPZIL SA
DMU DSL
Traversal
/dev/zfs (ioctl)
ARC
ZIO metaslab/spacemap
SPA Configuration
ZPL
ファイルシステム
コンシューマ
ZVOL
デバイス
コンシューマ
アプリ
ケーション
ZFS
コマンド
zpool
コマンド
libzfs
KERNEL 領域
USER 領域
Solaris VFS

ZFS Performance – Read cache の拡張
ARC (Adjustable Replacement Cache) その前に
• LRU (Least Recently Used) アルゴリズム
– 未使用の時間が最も長いデータを最初にメモリから退避させる
• LFU (Least Frequently Used) アルゴリズム
– 各データの使用頻度を保持し、頻繁には使われていないデータを最初にメモリから退避させる
• ARC (Adaptive replacement cache)
– LRU と LFU に履歴機能を組み合わせ、最近キャッシュから消されたデータの履歴から LRU と
LFU の配分をバランス良く調整しキャッシュを最適化するアルゴリズム
• キャッシュから消えたデータは、ディスクから再読み込み？
– ARC を高速デバイスに拡張する機能を装備

• トランザクションをグループ化しメモリ上のキャッシュに書き込み
– トランザクションを受け取る毎にディスクへのコミットは発生しない
– 従来の Unix ファイルシステム同様、入出力操作要求をまとめ都合の良い時点
でディスクにコミットする遅延書き込みを実装
– 複数のトランザクションをグループにまとめたトランザクショングループ
(TXG)毎にメモリ上に用意されたストレージプールスペース(ARC)に書き込まれ
た後、まとめてディスクと同期される
• 物理ディスクとの入出力頻度を減らし、高速に連続書き込みが可能
• さらに、SSD を ARC として利用する L2ARC を提供
この仕組みが、「ZFS はメモリ食い」と言われる由縁
ZFS Performance
ARC (Adaptive replacement cache)

ZFS Performance
L2ARC
• LRU により、使用頻度の低いデー
タを L2ARC (SSD) に退避(キャッ
シュ)
• 再びデータへのアクセス要求があ
り、L2ARC に退避している履歴に
ヒットすれば L2ARC からデータ
を返す
• L2ARC と Disk Pool を構成する
HDD間のデータ転送は発生しない
• ディスクより高速なデバイスから
応答を返すことが可能に
disk disk disk
ZIL
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
ARC
LRU cache
としてSSDに退避
DRAM
read
ZPL
DMU
Disk Pool
VDEV
ZIO
L2ARC (SSD)
退避されたキャッ
シュのリクエスト
高速デバイスを 2 次キャッシュとして利用
L2ARC 機能によりキャッシュ領域を拡張可能

ZFS Performance
ZFS の同期/非同期書き込みについて
• 非同期書き込み (async)の場合
– ARC にデータが書き込まれ、書き込み操作の完了を待たず非同期で行われる
– ストレージに書かれたかは保証されないが、待ち時間が短くパフォーマンス
が向上
• 同期書き込み (sync)の場合
– 一部のシステムコールは、同期書き込みによる確実な書き込みを要求
• fsync(3c) や O_SYNC/O_DSYNC フラグ付きなど
– ディスクに書き込まれたことを確認するため安全性は高い
– パフォーマンス向上に重要な非同期書き込みの恩恵が受けられない
– sync プロパティにより挙動をユーザレベルで制御可能
• standards: 通常の POSIX ルールに従う動作(default かつ推奨)
• always: 全トランザクションを同期書き込みに

ZFS Performance
ZIL (ZFS Intent Log)
• インテントログによる同期書き込みのトランザクションログを記録
– 同期書き込みがコミットされる前にクラッシュしてもトランザクションのリ
プレイが可能
– 32k 未満(default)のデータであればインテントログにデータそのものが書き込
まれ、それより大きいデータはディスクへ書き込まれる動作
• インテントログの書き込み先を高速なデバイスへ分離可能
– デフォルトは、プールを構成しているディスクの専用領域へ書き込まれる
– SSD をログ専用デバイス(slog)とすることで同期書き込みを処理を高速化
– logbias プロパティ(latency or throughput)によりユーザレベルで変更可能
※default は latency

ZFS Performance
ZIL (ZFS Intent Log) と Slog
disk disk disk
ZIL
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
ARC
cache
Log
DRAM
write
Async
Writes
sync
Writes
ZPL
DMU
Disk Pool
VDEV
disk disk disk
ZIL
ZIO
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
Z
I
L
ARC
cache
Log
DRAM
write
Async
Writes
sync
Writes
ZPL
DMU
Disk Pool
VDEV
ZIO
ZFS ZFS
+
SLOG
SLOG (SSD)
高速デバイスにログを書き込み
同期書き込みを高速化
トランザクション
ログは HDD へ
トランザクションログ
は SLOG(SSD) へ

ZFSとソリッド・ステート・ストレージ
ZFS ZIL(slog) と L2ARC による「ハイブリッド・ストレージプール」
• SSD を透過的にストレージプールへ統合
– ただ高速なHDDだけを求めるのではなく、
– SSD などの Flash デバイスを効果的に利用する
• ZIL が同期書き込みのコミットに利用
– データーベースの Redo ログのように
• ZFS L2ARC が拡張された読み込みキャッシュ
として利用
– ランダムリードのキャッシュ
– L2ARC キャッシュにはデータのみ、
メタデータのみ、または、双方に利用できる
パフォーマンスを犠牲にすることなく可用性と信頼性を同時に提供

参考情報
55

参考情報
• Oracle Solaris 11 Downloads
– http://www.oracle.com/technetwork/server-storage/solaris11/downloads/index.html
• Oracle Solaris 11.2 Information Library (英語)
– http://docs.oracle.com/cd/E36784_01/
• Oracle Solaris 11.2 Information Library (日本語)
– http://docs.oracle.com/cd/E56342_01/
• Oracle Solaris 11.2 での ZFS ファイルシステムの管理
– http://docs.oracle.com/cd/E56342_01/html/E53916/
• Oracle Solaris 11.2 ブート環境の作成と管理
– http://docs.oracle.com/cd/E56342_01/html/E53751/

参考情報
ZFS に関する情報
• Solaris ZFS Wiki
https://java.net/projects/solaris-zfs/pages/Home
• ZFS Architecture Description
https://java.net/projects/solaris-zfs/pages/Sourcetour
• ZFS On-Disk Specification – Draft (ZFSOnDiskFormat.pdf, Sun Microsystems, Inc., 2006-08)
http://maczfs.googlecode.com/files/ZFSOnDiskFormat.pdf
• Information Center: Oracle Solaris ZFS (Doc ID 1372694.2)
https://mosemp.us.oracle.com/epmos/faces/DocContentDisplay?id=1372694.2

参考情報
Database で利用する ZFS について
• Oracle Solaris 11.1 カーネルのチューンアップ・リファレンスマニュアル
– データベース製品に対する ZFS のチューニング
http://docs.oracle.com/cd/E37932_01/html/E36674/chapterzfs-
db1.html#scrolltoc
• Oracle Database Runs Best on Oracle Solaris
http://www.oracle.com/technetwork/server-
storage/solaris11/technologies/oracledatabase-1897821.html
• Configuring Oracle Solaris ZFS for an Oracle Database - January 2014
http://www.oracle.com/technetwork/server-storage/solaris10/config-solaris-zfs-
wp-167894.pdf
• ZFS for Databases
http://www.solarisinternals.com/wiki/index.php/ZFS_for_Databases

参考情報
Oracle Solaris 11.2 をすぐに試せる VM テンプレート
• Oracle Solaris 11.2 VM Downloads
http://www.oracle.com/technetwork/server-storage/solaris11/downloads/vm-templates-2245495.html
– Oracle Solaris 11.1 VM for Oracle VM VirtualBox
• VirtualBox にインポートするだけで Oracle Solaris 11.2 を試用可能
• Oracle Solaris 10 VM Downloads
http://www.oracle.com/technetwork/server-storage/solaris11/downloads/virtual-machines-1355605.html
– Oracle Solaris 10 VM Template for Oracle VM VirtualBox
• VirtualBox にインポートするだけで Oracle Solaris 10 1/13 を試用可能
– Oracle VM Template for Oracle Solaris 10 Zones for SPARC/x86
• Oracle Solaris 10 Zones の構成情報テンプレート
• Oracle Solaris 11.1 VM for Oracle VM VirtualBox と組み合わせることで、VirtulBox 上で Solaris 11.1
と Solaris 10 Zones の試用環境を構築可能
• Solaris 11.2が動作する環境でも利用可能

参考情報
• 製品情報とダウンロード
http://www.oracle.com/us/products/servers-storage/solaris/solaris11/
• Oracle Technology Networkhttp://www.oracle.com/technetwork/jp/server-
storage/solaris11
• Oracle Solaris 開発者向けリソース
http://oracle.co.jp/solaris-developer
• System administrators community
http://oracle.com/technetwork/systems
• @ORCL_Solaris
• facebook.com/SolarisJP
• SlideShare.net/SolarisJP
• SlideShare.net/SolarisJPNight (Solaris ナイトセミナー資料)

過去のディープダイブセミナーについて
• Solaris ディープダイブ #1
– Oracle Solaris 11の最新機能をご紹介
• ZFS , IPS,システム/ネットワーク/ストレージの仮想化機能
– Oracle Solaris 11 のインストールや導入方法をご紹介
• 複数のインストール方法、Automates Installer、Distribution Constructor
• Solarisディープダイブ #3
– 最新OSへの移行: Solaris 11 への移行のススメ
– 予測的セルフヒーリング: SMF, FMA
資料は下記にて公開中
slideshare.net/SolarisJP

【第二回ゼロからはじめる Oracle Solaris 11】02 Solaris 11 を支える最強のファイルシステム ZFS ～ ZFS ファイルシステムとブート環境の基礎～

【第二回ゼロからはじめる Oracle Solaris 11】02 Solaris 11 を支える最強のファイルシステム ZFS ～ ZFS ファイルシステムとブート環境の基礎～

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