ZFS磁盘格式（4）

第四章 DSL

DSL（数据集和快照层）提供了描述和管理对象集之间关系的机制。开始描述DSL和对象集关系之前，简单回顾一下各种对象集。

 

对象集回顾

ZFS提供创建四类对象集的能力：文件系统，克隆，快照，卷

ZFS文件系统：文件系统以一种易于访问，POSIX兼容方式存储和组织对象。

ZFS克隆：除来源外，克隆和文件系统相同。克隆源于快照，其初始内容和所基于的快照相同。

ZFS快照：快照是文件系统，克隆，或者卷在某个时刻的只读版本。

ZFS卷：逻辑卷对外表现为一个块设备。

ZFS支持的一些操作以及配置可能引起对象集之间的相互依赖。DSL的目的就是管理这些关系。下面列出这类关系：

克隆：克隆和其所基于的快照相关。一旦克隆被创建，其所基于的快照不能被删除。直到该快照上的所有克隆被删除后，快照才能被删除。

快照：快照是一个对象集在某个时刻的数据映像。除非其上的快照删除，否则文件系统，克隆或者卷不能被删除。

孩子：ZFS支持按继承方式组织对象集；对象集中可以包含其他对象集。孩子依赖于父亲的存在。必须要首先销毁所有孩子对象集，父对象集才能被销毁。

4.1 DSL基础

在DSL中，每个对象集由一个数据集（dataset）表示。数据集管理对象集的空间开销统计，包含对象集位置信息，跟踪快照的依赖关系。

数据集目录按层次关系对数据集进行组织。数据集目录管理相关的一组对象集以及该对象集组的属性。DSL目录始终有且只有一个“激活的数据集”，目录下所有其他数据集通过快照，克隆，或者父/子关系和这个激活数据集相关。

下图显示了DSL结构中，对象集关系如何通过DSL数据集和DSL目录来描述。图最顶层的正中是最上层的DSL目录，在目录下一层是“激活的数据集”，激活数据集表示当前文件系统。从激活数据集上，有个不同时间生成的快照链表。每个数据集结构指向一个DMU对象集，对象的数据就放在这里面。图顶层的左侧是一个子ZAP对象，包含了所有父子依赖关系。DSL目录右侧是ZAP属性，包含DSL目录中的数据集的属性。所有的属性在下面表12中列出。

数据集和DSL目录在随后的“数据集和DSL目录内部”一节进行详细描述。

图13 DSL基础架构

4.2 DSL实施细节

实现上，DSL是一个类型为DMU_OST_META的对象集。这个对象集通常称为元数据对象集，MOS。一个pool只有一个MOS，超级块uberblock直接指向它。

MOS中有一个独特的对象——对象目录，它始终位于dnode数组的第二个元素（下标1）。除对象目录外的所有对象，都可以从对象目录开始，通过一系列的对象引用关系进行定位。

 

对象目录

对象目录是一个ZAP对象（ZAP是包含name/value对的一个对象，参见第五章），包含三个属性对，分别为root_dataset，config，sync_bplist。

Root_dataset：该属性包含一个64位整数值，表示该pool的根DSL目录对象编号。根DSL目录是一个特殊的对象，其中包含了对pool中所有顶层数据集的引用。根数据集目录类型为DMU_OT_DSL_DIR，后面4.4节 “DSL目录”中对此进行更为详细的讨论。

 

Config：该属性包含一个64位整数值，表示该对象的对象编号，对象的类型为DMU_OT_PACKED_NVLIST，包含一个XDR_ENCODED类型的名称/值对，描述这个pool的vdev配置。内容类似于1.3.3小节中描述的name/value对。

 

Sync_bplist：该属性包含一个64位整数值，表示该对象的对象编号，对象类型为DMU_OT_SYNC_BPLIST，这个对象包含了下一个事务需要被释放的块指针链表。

 

下图显示了MOS和uberblock以及标签结构的关系。

图14 元数据对象集

4.3 数据集

数据集存在类型为DMU_OT_DSL_DATASET的对象中。对象类型使用了dnode_phy_t中的bonus缓存存储一个dsl_dataset_phys_t结构。dsl_dataset_phys_t中的内容如下：

       uint64_t ds_dir_obj：引用该数据集的DSL目录的对象编号。

uint64_t ds_prev_snap_obj：如果数据集代表一个文件系统，卷，或者克隆，这个域包含了表示最近的快照的对象编号。如果数据集代表一个快照，这个域包含了该快照之前的一个快照的对象编号，如果之前没有快照，这个域为0。

uint64_t ds_prev_snap_txg：前一个快照（由ds_prev_snap_obj表示）生成时的事务组编号。

uint64_t ds_next_snap_obj：该域仅用于数据集代表一个快照时。它包含最近快照的数据集的对象编号。对于克隆，卷或者文件系统，这个域始终是0。

uint64_t ds_snapnames_zapobj：数据集中的每个快照都有包含name/value对的ZAP对象，该域保存ZAP对象的对象编号。每一name/value对包含快照名和它的DSL数据集结构集的对象编号。

uint64_t ds_num_children：如果不是快照，该域始终为0。对于快照而言，这是快照的引用计数：1+基于该快照的克隆数目。

uint64_t ds_creation_time：数据集创建时间，从1970年1月1日开始到数据集创建时的秒

uint64_t ds_creation_txg：该数据集创建时的事务组编号

uint64_t ds_deadlist_obj：deadlist的对象编号（deadlist是自从上次快照生成后删除的blkptr指针数组）

uint64_t ds_used_bytes：仅供数据集代表的对象集所使用的字节数。

uint64_t ds_compressed_bytes：数据集代表的对象集中的压缩字节数。

uint64_t ds_uncompressed_bytes：数据集代表的对象集中的未压缩字节数。

uint64_t ds_unique_bytes：当快照生成时，其初始内容就是当前激活数据的一个拷贝。在激活数据发生变化时，其中的越来越多的数据会和快照中的数据不同，因此供快照单独使用的数据的数目会递增。这个域存储的就是这个数目。对于克隆，卷，文件系统而言，它的值为0。

uint64_t ds_fsid_guid: 64位唯一值，标识当前打开的数据集中的一个。需要注意的是，在后续数据集打开时，这个ID可能发生变化。

uint64_t ds_guid：数据集的64位全局标识。在对象集的生命周期中这个值不发生变化。

uint64_t ds_restoring：如果ZFS正在向这个数据集恢复数据，该域设置为1。

blkptr_t ds_bp： 指向该数据集代表的对象集的位置的块指针

 

4.4 DSL目录

DSL目录对象在其bonus缓存中包含一个dsl_dir_phys_t结构。该结构的内容详细描述如下：

uint64_t dd_creation_time：DSL目录创建时间，从1970年1月1日开始的秒。

uint64_t dd_head_dataset_obj: 激活数据集对象的对象编号。

uint64_t dd_parent_obj：父DSL目录的对象编号。

uint64_t dd_clone_parent_obj: 对于克隆的对象集，该域包含用于创建克隆的快照的对象编号。

uint64_t dd_child_dir_zapobj：包含该DSL目录下每个孩子的Name/value对的ZAP对象的对象编号。

uint64_t dd_used_bytes: 该目录下所有数据集所使用的字节，包括所有快照和子数据集所使用的字节。

uint64_t dd_compressed_bytes: 该DSL目录下所有数据集的压缩字节数。

uint64_t dd_uncompressed_bytes：DSL目录下所有数据集的非压缩字节数。

uint64_t dd_quota：设计配额，该DSL目录下的数据集允许使用的最大字节数。

uint64_t dd_reserved：为该DSL目录下的数据集预留的空间大小。

uint64_t dd_props_zapobj：包含该DSL目录下每个孩子的属性的ZAP对象的对象编号。如果没有某个属性的话，缺省情况下通过继承获得。

下表列出有效的属性：

表12 dd_props_zapobj中保存的属性值

属性	描述	值
Aclinherit	控制数据集的继承行为	discard = 0 noallow = 1 passthrough = 3 secure = 4 (default)
Aclmode	控制数据集的chmod和文件/目录创建的行为	discard = 0 groupmask = 2 (default) passthrough = 3
Atime	控制数据集上的对象的atime是否被更新	off = 0 on = 1 (default)
checksum	DSL目录中所有数据集的效验和算法	on = 1 (default) off = 0
compression	DSL目录中所有数据集的压缩算法	on = 1 off = 0 (default)
Devices	控制数据集上的设备节点是否可以被打开	devices = 0 nodevices = 1 (default)
Exec	控制数据集上的文件是否可以被执行	exec = 1 (default) noexec = 0
Mountpoint	DSL目录中的数据集的挂载点路径	string
Quota	DSL目录中所有的数据集可以使用的空间上限	缺省为0，无配额限制 不为0则表示配额数
Readonly	数据集上的对象是否可以被修改	只读，1
Recordsize	该DSL目录下包含的数据集上的所有对象的块大小	字节数
Reservation	为DSL目录保留的空间大小，包括所有子数据集和子DSL目录	字节数
Setuid	控制数据集上的set-UID比特是否被使用	Setuid=1（缺省） Nosetuid=0
Sharenfs	DSL目录下的数据集是否通过NFS进行共享	String——任何有效的nfs共享选项
Volblocksize	卷的块尺寸。只能在卷创建时被设置一旦卷被写入，该尺寸不能被改变	512到128k之间，以2的幂次表示。 缺省为8K
Volsize	卷大小，仅用于卷对象	卷大小的字节数
Zoned	数据集是否被一个本地zone所管理	On=1 Off=0（缺省）