ZFS'yi Anlamak

ZFS'nin Terminolojisinin teknik detaylar ile harmanlandığı nokta.

ZFS Terminolojisi ve Teknik detayları

ZFS Disk Havuzu: zpool

zpool, ZFS için disk ve sanal disk havuzu oluşturan katmandır. ZFS hiyerarşisinde en üstündeki yapı zpool’lardır.

zpool'lar altında sanal diskler olarak bilinen vdev aygıtlarını içerir. vdevlerin eşzamanlaması, düzenlenmesi ve bilimum yönetiminden zpool sorumludur. Fiziksel olarak bir cihazda birden fazla zpool bulunabilir. zpool bir disk üzerinde kurulu olacağı gibi birden fazla diski birleştirmek için de kullanılabilir. Alt sistem olan vdevler için ise durum biraz farklıdır. Bir zpool'a dahil olan vdev bir başka zpool tarafından kullanılamaz, yani birden fazla havuz tek vdev'i paylaşamaz.

Modern vdev'ler sistem kesintilerine karşı koruma sağlamaktadır. Ancak disk günlüklemesi yapan vdev'ler veya özel amaçlı bazı vdev'lerin yok olması durumunda zpool'da tanılı verilerde bozulma yaşanabilir ve hatta tüm zpool yok olabilir.

Bir diğer yandan zpool yapısına dahil olan yazma ve dağıtım mekanizması sayesinde normalin üzerinde disk yükü binmesi durumunda yaşanan gecikmeler daha azdır.

Ayrıca ZFS’de disk yazma-okuma işlemleri sadece zpool'lardan ibaret değildir. ZFS dosya sisteminde zpool klasik bir RAID mantığı ile çalışmaz. zpool, JBOD isminde bir mekanizmayı içermektedir. Bu kompleks bir dağıtım mekanizmasıdır. ZFS'de yazılan veriler boş alana göre uygun vdev'ler arasında dağıtılarak uygun vdev'ler dolu hale getirilir. Ayrıca vdev'leri uygun şekilde ayarlamak JBOD sistemi ile mümkündür. Öncelik ayarlarması yapılması sayesinde eğer bir vdev diğerlerine göre daha yoğun veya kritik öneme sahipse vdev'in atlanarak geçeçi süreliğine başka vdev'lere yazılır. Yoğunluğun düzelmesi durumunda da vdev'ler yeniden düzenleneyerek veri daha sıralı bir şekilde dağıtılması sağlanabilir.

ZFS Sanal Diskleri: vdev

vdev (virtual devices) **disk havuzunu oluşturan sanal aygıtlara verilen addır. Her bir zpool'un içerisinde bulunan vdev**'ler, bir veya birden fazla diskten meydana gelebildiği gibi birden fazla disk alanından da meydana gelebilir.

vdev'ler veri depolamanın yanısıra önbellekleme (CACHE), günlükleme (LOG) ve özel kullanımlar için yapılandırılabilir. ZFS vdev'leri RAIDz yapısını kullanır.

Daha önce de belirdiğim gibi RAIDz ZFS'sinin donanım katman RAID yapısına oluşturduğu bir çözümdür. RAIDz yapısı vdev'in temelini oluşturur.

Beş farklı RAIDz modu vardır ve bu modlar vdev tarafından davranışsal oalrak yönetilir. RAIDz modları: şeritleme (RAID 0'a benzer, artıklık sunmaz), RAIDz1 (RAID 5'e benzer, bir diskin arızalanmasına izin verir), RAIDz2 (RAID 6'ya benzer, iki diskin başarısız olmasına izin verir), RAIDz3 (RAID 7 yapılandırmasına benzer, üç diskin başarısız olmasına izin verir) ve ikizleme (RAID 1'e benzer, disklerden biri dışında tümünün başarısız olmasına izin verir).

Bu yapılardan üçü; RAIDz1, RAIDz2, RAIDz3, “diagonal parity RAID” olarak isimlendirilen özel yapılardır. Bu özel yapılar veri yollarını ve her bir veri yoluna ayrılan eşlik bloklarını ifade etmek için kullanılır. Bu şekilde, çeşitli eşliklere bölünmüş diskler yerine RAIDz'ler kullanarak dağıtılabilir ve bu yöntem farklı eşliklere ayrılmış disklerden daha optimal bir şekilde çalışır. Ancak eşlik bloklarının kaybedilmesi durumunda tüm disk kaybedilebilir. Özel RAIDz'lerin kaybedilmesi ise zpool'un tamamının yokolmasına neden olabilir.

Aynalama yapısında kullanılan vdev'lerde ise her bir yansı bir vdev üzerine, her bir blok ise bir vdev cihazında barındırılır. Yaygın olarak tek vdev içeren yansılama kullanılmasında rağmen birden fazla cihaz içeren aynalama da yapılabilir. Ancak daha az hata ile karşılamak ve sistem üzerine olan yükü azaltmak için genellikle büyük aygıt yapılarında RAIDz3 yapısı kullanılır. Bu sayede yansı vdev’i içindeki herhangi bir aygıt sağlıklı devam ettiği sürece yaşanacak olası problemlerden kurtulabilir.

Tek aygıta bağlı vdev'ler veri kayıplarına oldukça açık bir yapıya sahiptir. Bu tip vdev'lerde herhangi bir problem çıkması durumunda zpool'un tamamı kaybolur. CACHE, LOG veya SPECIAL vdev yapıları bahsi geçen RAIDz yöntemlerindenden biri kullanılarak oluşturulabilmekte lakin herhangi bir özel bir vdev’in kaybolması zpool'un tamamen yokolmasında sebep verir. Bu nedenle kritik diskler için aynalama yapılması ya da ekstra bir yapı kurulması tavsiye edilir.

ZFS Cihazları: Z Devices

Bildiğiniz gibi zpool'lar vdev'lerden, vdev'ler de çeşitli blok aygıtlardan oluşmaktadır. Bu blok cihazlarına biz ZFS cihazları diyebiliriz. Bazı kaynaklar bu cihazları Z Devices olarak adlandırmaktadır.

Sabit diskler (HDD), katı hal diskleri (SSD), hibrit diskler (HHD) veya diğer tipte diskler bu çeşitte cihazlar olabilir. Ayrıca ham veri (RAW)'de direk ZFS için cihaz olarak kullanılabilir.

Ayrıca cihazların çeşitli kullanım alanları mevcuttur. Bunlardan en yaygın olanı vdev'ler içerisinde veri depolama görevini üstlenmesidir, bir diğer yandan bu cihazlar özelleştirilebilir. Örneğin bir cihaz özelliğini Hotspare için kullanarak vdev'lerden bağımsız olarak veri depolayabilirsiniz. Bu cihaz normal cihazlardan farklı olarak tek vdev’e ait değil, tüm zpool'a aittir.

zpool bileşimi, benzer cihazlarla sınırlı değildir, ZFS'nin sorunsuz bir şekilde bir araya topladığı ve daha sonra farklı dosya sistemlerine gereken alanı bıraktığı geçici cihazlar (Temporary devices), heterojen cihaz koleksiyonlarından (HDC) ve özelleştirilmiş başka cihazlardan oluşan büyük bir yapıdır.

Ayrıca cihazlar zpool'un boyutunu artırmak için de kullanılabilir. Özelleştirilerek zpool içerisine eklenen cihazlar havuz boyutunun artırılmasına ve depolama kapasitesinin düzenlenmesine yardımcı olur.

Bu açıdan bakıldığında cihazlar aslında ZFS'nin bir diğer önemli yapı taşını ihtiva etmektedir. Şimdi bazı sık kullanılan cihazlara göz atalım.

Yansı Cihazları

Yansı cihazları daha önceki sayfalardan aşina olduğumuz bir terim. Yansılama ile anlık verileri birden fazla cihazda tutabilir, verileri koruyabilirsiniz. Ayrıca bu cihazlar bir başka amaçla daha kullanılır. ZFS dosya sistemleri diğer havuzlara, ayrıca ağ üzerindeki uzak ana bilgisayarlara taşınabilmesi bu yansı cihazları ile mümkündür. Bu akış cihazı ile, belirli bir anlık görüntüde dosya sisteminin tüm içeriğini veya anlık görüntüler arasında bir delta içeriğini yerel veya ağ üzerinden yansılayabiliriz. Bu cihaz, örneğin site dışı yedeklemeleri veya bir havuzun yüksek kullanılabilirlik aynalarını senkronize etmek için verimli bir strateji sağlar.

Özel vdev Cihazları

ZFS 0.8 ve sonrasında, dosya sistemi meta verilerini tercihli olarak depolamak için Özel bir vdev sınıfı ve isteğe bağlı olarak Veri Tekilleştirme Tablosu (DDT) kullanarak küçük dosya sistemi blokları yapılandırmak mümkündür. Bu, örneğin, meta verileri depolamak için hızlı katı hal depolamada özel bir vdev oluşturup, normal dosya verilerin daha yavaş olan disklerde depolanması için kullanılabilir. Aslında bu özellik önceki sayfalardan aşina olduğumuz ARC ve L2ARC yapısından türetilmiştir. Bu cihazları kullanarak, tüm dosya sistemini katı hal depolamadan bir başka disk üzerine depolama masrafı olmadan geçişi, düzeltme ve yeniden yapılandırma gibi yoğun meta veri işlemlerini hızlandırabiliriz.