枝繁葉茂的ZFS儲存設備

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ZFS檔案系統儲存應用的7大優勢

1. 結合邏輯磁碟管理功能
ZFS不僅是一個檔案系統，本身還結合了邏輯磁碟管理功能。對包含有十多臺或數十臺以上硬碟的大容量儲存裝置來說，傳統的磁碟分割管理方式已不敷所需，必須透過在實體磁碟分割區上的邏輯磁碟管理層，以區塊映射方式在實體磁碟分割區上建立虛擬磁碟區，藉以實現組態更彈性、存取效率也更高的磁碟空間運用，並提供RAID與鏡像、快照等功能。

但多數作業系統內含的邏輯磁碟管理功能相對較為陽春，這也讓Veritas Volume Manager之類的第三方邏輯磁碟管理軟體大行其道，或者是得改用硬體RAID解決方案來提供類似功能。

相較下，ZFS的用戶就不需要額外購置這類邏輯磁碟管理軟體，也不需要引進硬體RAID，ZFS本身就能提供十分強大的邏輯磁碟管理功能，可提供RAID 0、鏡像（RAID 1）、RAID Z（RAID 5）、RAID Z2（RAID 6）與RAID Z3等多種磁碟組態，以及快照、Clone等功能。

2. 128位元定址提供強大容量擴展性
ZFS採用128位元定址，定址能力遠大於既有32位元或64位元檔案系統，可管理幾近無限的儲存容量，每個ZFS儲存池、檔案系統與單一檔案，可允許最大16EB（1600萬TB）的容量，每個檔案系統與目錄理論上可允許存放數以十億計的檔案與快照，更能因應資料量增長的需求（ZFS儲存池理論容量上限是256ZB，不過儲存池內單一磁碟區或檔案系統最大容量是16EB）。

相較下，其他常用檔案系統的擴展性大都不如ZFS，如EXT3的最大單一磁碟區與單一檔案的上限，分別為2～32TB與16GB～16TB（視採用的區塊大小而定）；EXT4最大磁碟區與檔案大小，上限為16TB與1EB，不過實務上受管理工具所限最大磁碟區僅16TB；XFS最大磁碟區與檔案大小上限均為8EB；NTFS的最大磁碟區與檔案大小上限理論上雖然也是16EB，但實務上被限制在256TB與16TB。

即使與一些NAS專屬檔案系統相比，ZFS的容量擴展性也更勝一籌，如NetApp WAFL的單一磁碟區（aggregate）上限為16TB（DataONTAP 7.x）與100TB（DataONTAP 8以後），EMC UxFS早期的單一磁碟區/檔案系統上限也是16TB。目前只有Veritas的VxFS、FFS、UFS2等少數Unix用的檔案系統，擁有與ZFS相當或更大的單一磁碟區上限（理論值）。

3. 儲存池提供靈活容量管理
傳統檔案系統大都是直接建立在個別磁碟區上（單一實體磁碟分割區，或透過邏輯磁碟管理員利用多個磁碟裝置組成的邏輯磁碟區），雖然邏輯關係一目了然，但也存在著資源調配不靈活的問題，檔案系統的空間是透過磁碟區「硬性」分派，掛載給某個檔案系統的磁碟區，即使有額外空間，也無法挪給其他檔案系統使用。

ZFS的儲存管理則引進了儲存池（Storage Pool）概念，所有底層磁碟裝置先組成可採用不同RAID組態的儲存池，稱為zpool，透過儲存池配置器（Storage Pool Allocator）將各儲存設備的實體位址轉換為虛擬位址區塊，並構成邏輯上的單一連續空間，再透過資料管理單元（Data Management Unit）將虛擬位址區塊轉給檔案系統層使用。

由於檔案系統使用的磁碟空間是由zpool動態配置，所以zpool的所有儲存空間，可以為上層的所有檔案系統使用，運用更具彈性，管理也更簡便，管理者只須設定個別檔案系統允許使用空間的配額與保留空間數值，並決定是否啟用某些進階功能即可。

4.自動化動態調節簡化管理提高效能
ZFS的寫入作業基於Copy-on-Write架構、可變長度區塊與動態Striping等機制，能依照底層磁碟效能、寫入檔案大小，自行動態調整使用的區塊大小，然後寫入zpool中的可用磁碟空間上，不僅管理更簡單、還能達到效能最佳化需求。

相較下，傳統RAID或邏輯磁碟管理都採用靜態Striping機制，檔案系統存取也是使用固定區塊尺寸，必須在設定前預先估計系統存取特性，設定固定的Stripe參數與區塊大小，設定完成後就不能更動，但若參數設定不當，卻又會對存取效能造成相當大的負面影響。

5. 多種資料完整性機制
ZFS的存取指令作業採用透過儲存池資料管理單元維持一致性的Transaction架構，透過稱為ZFS Intend Log（ZIL）的transaction log機制，來確保寫入資料的同步。此外ZFS的資料寫入又是基於Copy-on-Write架構，當任一區塊的資料發生異動時，新的資料會被寫入到空的區塊位置，而不會覆蓋原有區塊，ZFS會透過區塊指標來記錄新資料的區塊位置。藉由前述架構不僅可改善資料完整性，還能避免傳統作業系統意外中斷作業後，必須耗費長時間執行的檔案系統檢察與修復作業。

另外ZFS所有存取作業都含有Checksum機制，可修正因硬體、驅動程式或檔案系統metadata出錯所導致的silent data corruption錯誤問題，進一步保證資料的正確性。

6. 結合SSD的讀寫加速機制
ZFS可利用SSD來搭配內建的L2ARC與ZIL兩種功能，從而有效加速存取效能。對於讀取作業可透過L2ARC快取功能，利用主記憶體外的高速儲存裝置空間（如SSD），充當第2層ARC快取緩衝區，透過增大可用的ARC快取緩衝區容量來提高快取命中率。對於寫入作業，則可將ZIL指定配置到SSD等高速媒體上，從而加速寫入作業效率。

7. 內建多種進階服務
藉由Copy-on-Write寫入架構，ZFS可以很容易地實現快照與Clone兩種功能，而且沒有份數的限制（其實還是有上限，只是上限數字極大（2的64次方），等同於沒有限制），此外ZFS還內建了許多原先只有專業企業級儲存設備才提供的進階功能，包括重複資料刪除、壓縮、Thin provisioning、配額與保留空間等。

ZFS與其他常用檔案系統容量擴展性對比

名稱	單一Volume最大容量
EXT3	32TB
EXT4	16TB（實務）
EXT4	1,000,000TB（理論）
FAT32	8TB
NTFS	256TB（實務）
NTFS	16,000,000TB（理論）
XFS	8,000,000TB（檔案系統）
ZFS	16,000,000TB（理論）
NetApp	16TB（DataONTAP 7.x）
NetApp	100TB（DataONTAP 8）
EMC UxFS(2)	16TB
EMC OneFS(3)	15,000TB+（實務）

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