ZFS代码简介(1)

ZFS源码介绍

本文为ZFS文件系统源码的简单介绍。本文假设读者已经对文件系统结构的一般知识和术语有所了解。

传统上，我们描述ZFS由三部分组成：ZPL（ZFS Posix接口层），DMU（数据管理单元），以及SPA（存储池分配器）。虽然这种说法便于理解，但真实的情况要比这个稍微复杂些。下图给出了更为详细的示意。

在图中，仍然可以看到三个基本层次，每一个层次中又包含了多个子模块。除此之外，还有用户空间的ZVOL用户，ZFS用户，管理功能等。本文并不会对每个模块进行详细描述，源码才是最终的文档。如果对本文理解有困难或者有一些建议，欢迎到ZFS论坛（）进行讨论。

文件系统类用户

只通过Posix文件系统API使用ZFS的基本应用。理论上，每个应用都可以归到这个类型。用户进行系统调用，这些调用通过OpenSolaris VFS层到达ZPL。

设备类用户

ZFS提供创建“模拟卷”的方法，这些模拟卷使用存储池中的资源，表现为在/dev目录下的普通设备。这并不是典型用法，但有时也是需要的，有少部分应用直接和这些设备交互，而不是像大多数一般应用使用基于这些设备之上的文件系统功能。

管理GUI

Solaris提供基于web方式ZFS GUI，这可以作为JNI之上的基于Java的GUI的一个例子。该功能在OpenSolaris还暂时不支持。

管理用户

这类应用对ZFS文件系统或者存储池进行操作，包括检查属性以及数据集层次。除一些小功能模块外（Zoneadm，zoneadmd，fstyp），主要是两个应用：zpool(1M)和zfs(1M)。

 

Zpool(1M)

该命令负责创建和管理ZFS存储池。主要功能是解释输入命令行，将其翻译为libzfs调用，包括这过程中的一些错误处理。该命令的代码在 usr/src/cmd/zpool目录下。有这样一些文件：

zpool_main.c	命令入口主处理函数，处理所有参数和子命令
zpool_vdev.c	将一系列的vdev转换为libzfs调用所需要的nvlist
zpool_iter.c	对系统中的存储池进行迭代操作的函数集
zpool_util.c	一些杂项函数

Zfs(1M)

该命令创建和管理ZFS文件系统。类似于Zpool(1M)，这个命令对命令行参数进行解释，翻译为libzfs调用。该命令的代码在/usr/src/cmd/zfs中，包含如下文件：

zfs_main.c	命令入口，处理所有参数和子命令
zfs_iter.c	对系统中数据集进行迭代操作的函数集

 

JNI

这个库提供了libzfs的Java界面。当前是一个私有接口，针对GUI进行了裁剪。GUI主要通过CLI进行调用，所以，该库主要关注点为可观察性。库的源码在usr/src/lib/libzfs_jni目录下。

Libzfs

这是管理应用和ZFS核心模块交互的主要接口。库提供了访问和操作存储池和文件系统的统一的，面向对象的机制。库的底层机制则是通过/dev/zfs的ioctl调用接口和内核进行通讯。该库的代码在usr/src/lib/libzfs中，包含下列文件：

libzfs_dataset.c	操作数据集的主要接口
libzfs_pool.c	操作存储池的主要接口
libzfs_changelist.c	只对象属性更改的传递函数
libzfs_config.c	读和操作存储池配置信息
libzfs_graph.c	为数据集构造链表
libzfs_import.c	发现并且导入存储池
libzfs_mount.c	加载，卸载，共享数据集
libzfs_status.c	基于存储池状态的到FMA知识的链接
libzfs_util.c	杂项函数

ZPL（ZFS Posix层）

ZPL是ZFS文件系统的主要接口。它是基于DMU之上相对比较薄的一层，提供文件，目录等对象的抽象，起着OpenSolaris VFS和DMU接口之间的桥梁作用。该层也负责进行ACL规则应用和执行同步语法（O_DSYNC）。

zfs_vfsops.c	OpenSolaris VFS 接口
zfs_vnops.c	OpenSolaris vnode 接口
zfs_znode.c	每个vnode对应一个底层znode
zfs_dir.c	目录操作
zfs_acl.c	ACL实现
zfs_ctldir.c	伪文件系统的实现.zfs/snapshot
zfs_log.c	ZPL记录意图日志条目的接口
zfs_replay.c	ZPL 重放意图日志条目的接口
zfs_byteswap.c	ZPL数据结构字节转换函数

ZVOL(ZFS卷)

ZFS提供对存储池中空间直接访问（以ZFS卷）的支持，代码中zvol由一个单独的文件实现：

zvol.c

卷接口

/dev/zfs

该设备是libzfs的主要控制接口。虽然用户通过/dev/zfs可以直接使用ioctl接口，但该接口不是一个公开接口，和libzfs紧密绑定。该设备由单个文件实现，对ioctl参数进行一些效验工作，将请求送到ZFS中的相应处理模块。

zfs_ioctl.c	/dev/zfs ioctl() 接口
zfs.h	内核态和用户态之间接口