- ZFS
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ZFS Développeur Sun Microsystems Introduction octobre 2005
(Solaris 10)Limitations Taille maximale de fichier 16 Eio Nombre maximal de fichiers 248 Taille maximale du nom de fichiers 255 octets Taille maximale de volume 16 Eio Fonctionnalités Forks Oui Permissions POSIX Compression intégrée Oui Chiffrement intégré Oui (en version bêta) modifier 
ZFS pour Z File System, est un système de fichiers open source sous licence CDDL.
Le « Z » ne signifie rien de particulier officiellement mais est connu dans la presse sous différents noms tel Zettabyte (zettaoctet en français) concernant le stockage de données informatiques, mais aussi ZFS pour le mot de la fin des systèmes de fichiers[1].
Produit par Sun Microsystems (société rachetée par Oracle en 2009) pour Solaris 10 et au-delà, il a été conçu par l'équipe de Jeff Bonwick. Annoncé pour septembre 2004, il a été intégré à Solaris le 31 octobre 2005 et le 16 novembre 2005 en tant que feature du build 27 d'OpenSolaris. Sun a annoncé que ZFS était intégré dans la mise à jour de Solaris datée de juin 2006, soit un an après l'ouverture de la communauté OpenSolaris.
Les caractéristiques de ce système de fichier sont sa très haute capacité de stockage, l'intégration de tous les concepts précédents concernant les systèmes de fichiers et la gestion de volume en un seul produit. Il intègre la structure On-Disk, il est léger et permet facilement la mise en place d'une plate-forme de gestion de stockage.
Sommaire
Caractéristiques techniques
Capacité théorique
ZFS est un système de fichiers 128 bits, ce qui signifie qu'il peut fournir 16 milliards de milliard de fois ce que fournissent les systèmes de fichiers 64 bits actuels. Les limitations de ZFS sont tellement inaccessibles qu'il n'y aura jamais d'opérations pratiques qui puissent les atteindre. Selon Bonwick, « Remplir un système de fichiers 128 bits dépasserait les limites quantiques de stockage de données. Vous ne pourriez pas remplir un espace de données 128 bits sans faire bouillir les océans. ».
Quelques-unes des limites de ZFS :
- 248 : le nombre d'images possible (snapshot) ;
- 248 : le nombre de fichiers dans chaque système de fichiers ;
- 16 exbioctets : la taille maximum du système de fichiers ;
- 16 exbioctets : la taille maximum d'un seul fichier ;
- 256 : le nombre maximal théorique de fichiers par répertoire (en réalité limité à 248 par le nombre maximal de fichiers dans un système de fichiers).
Par exemple, si un utilisateur créait 1 000 fichiers par seconde, il faudrait 90 siècles pour arriver à la limite de fichiers.
En réponse à une question concernant le rapport entre remplir un système de fichiers ZFS et l'ébullition des océans, Bonwick répondit[2] :
« Bien que nous aimerions tous que la Loi de Moore continue de s'appliquer pour toujours, la mécanique quantique impose quelques limites fondamentales sur les vitesses de calcul et les capacités de stockage de n'importe quel objet physique. En particulier, il a été montré qu'un kilogramme de matière contenue dans un volume d'un litre pouvait effectuer au maximum 1051 opérations par secondes sur au maximum 1031 bits d'information[3]. Un espace de stockage 128 bits entièrement rempli contiendrait 2128 blocs = 2137 octets = 2140 bits ; d'où la masse minimale nécessaire pour contenir les bits serait de (2140 bits) / (1031 bits/kg) = 136 milliards de kg.
Cependant, pour pouvoir fonctionner à cette limite de 1031 bits/kg, la totalité de la masse de l'ordinateur devrait être composée d'énergie pure. Selon E=mc2, l'énergie au repos de 136 milliards de kg est de 1,2×1028 joules. La masse des océans est d'environ 1,4×1021 kg. Il faut environ 4 000 J pour élever la température d'un kg d'eau d'un degré Celsius, soit 400 000 J pour réchauffer de l'état gelé à l'ébullition. La chaleur latente de vaporisation ajoute encore 2 millions J/kg. Ainsi l'énergie nécessaire pour porter à ébullition les océans est d'environ 2,4×106 J/kg × 1,4×1021 kg = 3,4×1027 J. Ainsi, remplir en totalité un espace de stockage 128 bits consommerait, littéralement, plus d'énergie que de faire bouillir les océans. »
Dans le but de maximiser les performances en lecture/écriture, ZFS utilise tout l'espace disponible dans la RAM pour créer un énorme cache : le ARC « adaptive replacement cache » ce qui peut poser problème aux processus qui testent la quantité de mémoire vive disponible avant de se lancer (il y a moyen de limiter la taille de ce cache bien sûr), mais qui a le mérite de tirer parti au maximum de cette ressource souvent inutilisée.
Plateforme
ZFS est intégré sur Solaris SPARC et Solaris x86, les données peuvent être échangées entre les deux architectures. De plus, le fonctionnement complexe de données permet de stocker les informations de manière compatible entre les systèmes Big-Endian et Little-Endian, un avantage concernant la manière de stocker les données, auparavant si contraignante. Chaque bloc de donnée est écrit dans l'ordre natif du système écrivant les données : pendant la lecture si le Big-Endian ne fonctionne pas les données sont transformées en mémoire puis écrites dans le système correspondant.
Bien que SUN n'ait pas exclu d'adapter ZFS pour Linux[4], rien n'a été présenté à ce jour (à noter que l'inclusion de ZFS dans le noyau impliquerait une modification de licence, la licence CDDL du premier étant incompatible avec la GNU GPL du deuxième). Il existe un port pour Fuse/Linux[5] qui est à l'état de beta (il est cependant possible de monter et démonter les volumes, lire, écrire, utiliser la compression, la réservation ou les quotas et les instantanés). Parted magic, une distribution LiveCD propose néanmoins son support. Actuellement, il n'y a aucun projet pour HP-UX, ou même AIX. Mais puisque ZFS est en open source, le portage peut être effectué sans la participation de Sun. Matt Dillon du projet DragonFlyBSD a d'ores et déjà prévu de porter ZFS pour la version 1.5 de son OS.
Le système Mac OS X 10.5 Leopard d'Apple Inc. permet actuellement d'accéder en lecture seule au contenu d'une partition ZFS. Bien qu'initialement annoncé comme une des fonctionnalités de Mac OS X 10.6 Snow Leopard Server, la lecture et l'écriture sur des volumes ZFS a été retiré des spécifications et Apple ne soutient plus le développement de cette technologie pour Mac[6].
Toutefois, un portage commercial est en train d'être réalisé par un ancien ingénieur Apple, Don Brady, spécialisé dans les systèmes de fichier et les systèmes d'exploitation. Celui-ci faisait déjà partie de l'équipe chargée du portage de ZFS pour Mac OS X au sein d'Apple [7]. La société qu'il a récemment créée — Ten's Complement — a choisi le nom "Z-410" (ZFS for Mac OS X) pour ce portage[8].ZFS est aussi supporté depuis peu sur FreeBSD[9],[10], le portage est quasiment terminé, les partitions ZFS peuvent être montées, démontées, lues et écrites.
FreeNAS, une solution de NAS basée sur une version spécifiquement packagée de FreeBSD (initialement basée sur le framework m0n0wall - récemment abandonné pour nanoBSD), tire pleinement profit de ZFS puisqu'elle fournit une interface graphique arborescente (écrite en Python/Djanjo) qui permet d'administrer ZFS: on peut ainsi simplement créer un volume ZFS (RAIDZ ou autre), y créer des datasets, attribuer des quotas, réaliser des snapshots, etc.
Quant à NetBSD, le support ZFS a été ajouté dans la branche -current [11].
ZFS inclut des fonctions de partage via le réseau. Il est ainsi possible de définir dans les options d'un système de fichiers de le partager via les protocoles SMB et NFS. C'est la seule façon d'accéder à des partitions ZFS depuis les systèmes ne le supportant pas, comme Windows, AIX ou encore HP-UX pour ne citer qu'eux.
Notes et références
- « the last word in filesystems », You say zeta, I say zetta : Jeff Bonwick's Blog
- Jeff Bonwick, « 128-bit storage: are you high? », Sun Microsystems, 25 septembre 2004. Consulté le 12 juillet 2006
- Seth Lloyd, Ultimate physical limits to computation, Nature 406, 1047-1054 (2000)
- Fast Track to Solaris 10 Adoption: ZFS Technology - General Information
- ZFS on FUSE - Wizy Wiki
- (en) http://www.appleinsider.com/articles/09/10/23/apple_shuts_down_zfs_open_source_project.html
- (en)http://arstechnica.com/apple/news/2011/03/how-zfs-is-slowly-making-its-way-to-mac-os-x.ars
- (en)http://z410.tenscomplement.com/
- (en) http://linuxfr.org/2007/02/01/22001.html
- (en) http://lists.freebsd.org/pipermail/freebsd-fs/2006-August/002197.html
- (fr) http://www.gcu.info/2009/08/dun-z-qui-veut-dire-zaidaifaiiiisse/
Voir aussi
Articles connexes
Liens et documents externes
- (en)[PDF] spécifications ZFS (us)
- (en) Page officielle de Sun
- (en) ZFS sur OpenSolaris
- (en) Portage de ZFS sur Linux
- (en) Annonce du portage de ZFS sur FreeBSD
- (en) Intégration au FreeBSD 7 - CURRENT
- (fr) "ZFS sous GNU/Linux" - Article sur GNU/Linux magazine n°114 de mars 2009
- (fr) "ZFS replication with opensvc" - zfs integration with opensvc
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