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OpenSolaris : fonctionnement
    des zones et de zfs



      Bruno Bonfils, <asyd@asyd.net>
                   Association GUSES
            http://www.guses.org/home/
Sommaire
●   Présentation d'OpenSolaris
●   Les zones
    Plusieurs instances d'OpenSolaris
    Brandz : l'émulation Linux
●   ZFS
    Comment gérer simplement son espace de stockage
    Ne plus s'inquiéter pour ses données !
Présentation d'OpenSolaris
OpenSolaris
Les zones : introduction
●   Permet plusieurs instances de l'OS
●   Une seule instance du noyau pour toutes les zones
●   Partage des ressources matérielles
●   Des adresses réseaux dédiées
●   Plusieurs types de zones permettant l'héritage des
    systèmes de fichiers, permettant de réduire l'espace
    disque nécessaire à une zone
●   Zone Linux maintenant possible avec brandz
Les zones : vue d'ensemble
               Matériel             zone guest
                                  zone blastwave




                          Noyau
                                    zone asyd
                                   zone guses
                                   zone globale



●   Une seule instance du noyau
●   Une et une seule zone globale
●   N zones non globales (Solaris ou Linux)
●   Accès à toutes les zones depuis la globale
Les zones : création

Configuration minimale d'une zone :

# zonecfg -z guses
zonecfg:guses> create [-t template]
zonecfg:guses> set zonepath=/zones/guses
zonecfg:guses> set autoboot=true
zonecfg:guses> add net
zonecfg:guses:net> set physical=bge0
zonecfg:guses:net> set address=xx.xx.xx.xx
zonecfg:guses:net> end
zonecfg:guses> verify
zonecfg:guses> commit
zonecfg:guses> exit
Les zones : les fs
●   Héritage
●   Partage d'un système de fichier (lofs)
    –   en lecture seule
    –   en lecture / écriture
●   Système de fichier dédié
Administration d'une zone
    ●   Installation et configuration initiale
         # zoneadm -z guses install
         # zoneadm -z guses boot
         # zlogin -C guses
    ●   Opération de maintenance
         # zoneadm -z guses [boot|halt|reboot]
    ●   Définition d'un processor set
         # zonecfg -z guses 'set pool=guest'

Un pset (processor set) est un ensemble de processeurs qui seront dédiés aux éléments utilisant ce processor set (par
exemple des zones). Plusieurs zones peuvent être associés au même processor set. La gestion des pset est totalement
dynamique.
Exemple d'architecture
Fonctionnement des zones
●   Utilisation d'un membre zoneid dans les
    structures noyaux
    –   la gestion des processus
    –   la pile IP
    –   les services RPC (ex: NFS)
    –   les IPC
●   L'ensemble du noyau est développé en
    connaissance des zones, d'où une intégration
    parfaite
●   Attention, pas de raw sockets
Exemple d'utilisation de zoneid
                                                   Extrait de procfs.h

272 type de f s truc t ps info {
273         int pr_flag;            /* pro ce s s flags (DEPRECATED; do no t us e ) */
274         int pr_nlwp;            /* numbe r o f active lwps in the pro ce s s */
275         p id_t p  r_pid;         /* unique pro c e s s id */
276         p id_t p  r_ppid;         /* pro ce s s id o f pare nt */
277         p id_t p  r_pgid;         /* pid o f pro ce s s gro up le ade r */
278         p id_t p id;
                      r_s           /* s e s s io n id */
279         u id_t p  r_uid;         /* re al us e r id */
280         u id_t p uid;
                      r_e             /* e ffe ctive us e r id */
281         gid_t p   r_gid;         /* re al gro up id */
282         gid_t p gid;
                      r_e             /* e ffe ctive gro up id */
283         u intptr_tp  r_addr;        /* addre s s o f pro ce s s */
284         s ize _t p ize ;
                      r_s             /* s ize o f pro ce s s image in Kbyte s */
285         s ize _t p s ize ;
                      r_rs             /* re s ide nt s e t s ize in Kbyte s */
286         s ize _t pr_pad1 ;
[..]                                                                                       typedef int id_t; /* A process id, */
304         t kid_tp
             as         r_tas kid; /* tas k id */
305         p jid_tp
              ro       r_pro jid; /* pro je ct id */                                       typedef id_t zoneid_t;
306         int pr_nzo mb;             /* numbe r o f zo mbie lwps in the pro c e s s */
307         p o lid_tp
              o         r_po o lid; /* po o l id */
308          zoneid_t pr_zoneid;                /* zone id */
309         id_t p   r_co ntract; /* pro ce s s c o ntrac t */
31 0        int pr_fille r[1 ]; /* re s e rve d fo r future us e */
311         lwps info _tp  r_lwp;        /* info rmatio n fo r re pre s e ntative lwp */
31 2 } ps info _t;
Les zones Linux : BrandZ
●   Émulation d'un noyau Linux 2.4
●   Émulation partielle du système de fichier procfs
●   Installation depuis la zone globale au travers de
    fichiers ISO, de tarballs, ou de CDROM
●   S'administre de la même façon qu'une zone
    (Open)Solaris
    zonecfg> create -t SUNWlx
Fonctionnement de BrandZ
●   Interception de l'interruption Linux 80
    –   Code en assembleur
●   Traduction des appels systèmes (lx_emulate)
    –   Appel natif (mkdir)
    –   Modifications mineures, notamment sur la gestion
        d'erreur (lx_rmdir)
    –   Totalement réécrits (lx_ptrace)
Présentation de ZFS
●   Gérer simplement vos données
●   Une facilité de sauvegarde accrue grâce aux
    snapshots
●   Garantit la sécurité de vos données
    –   miroir, raidz
    –   mécanisme de copy on write (ne pas modifier des
        blocs de données existants)
    –   utilisation de checksum

                           « if 1,000 files were created every second, it would
                           take about 9,000 years to reach the limit of the
                           number of files »
Présentation de ZFS
●   Système de fichier et gestionnaire de volume
    ne font qu'un
●   Plusieurs vues instantanées (snapshot) par
    volume
●   Plusieurs niveaux de hiérarchies possibles
●   Délégation d'administration (utilisation liée aux
    zones)
ZFS : vue d'ensemble
          ●   réduction, extension à
              chaud
          ●   tout l'espace disponible
              est partagé entre les
              volumes
          ●   bande passante globale
          ●   raid1/raidz/raid6
              possible
ZFS : Création d'un pool
  ●    Création d'un pool en mode miroir
         # zpool create data mirror c0t0d0 c0t1d0
  ●    Administration du pool
         # zpool status data
         # zpool iostat 1
         # zpool scrub
                                                       # zpool status data
                                                         pool: data
                                                        state: ONLINE
# zpool iostat                                          scrub: none requested
            capacity operations bandwidth              config:
pool         used avail read write read write
---------- ----- ----- ----- ----- ----- -----             NAME        STATE READ WRITE CKSUM
data        15.5G 59.0G          0     3 4.15K 37.3K       data       ONLINE    0  0     0
data        15.5G 59.0G          0     0      0 0           c0t0d0    ONLINE    0  0     0
data        15.5G 59.0G          0 109 0 352K               c0t1d0    ONLINE    0  0     0

                                                       errors: No known data errors
ZFS : Création de volumes
●   Création d'une hiérarchie de volumes
      # zfs create data/zones
      # zfs create data/home
      # zfs create data/home/asyd
      # zfs create data/home/lei
      # zfs create data/home/murlock
●   Il n'est pas nécessaire de modifier le fichier /etc/vfstab,
    le montage est automatique
Définition des propriétés
●   Quota pour l'ensemble du volume home
    # zfs set quota=100g data/home
●   Quota par utilisateur
    # zfs set quota=50g data/home/asyd
    # zfs set quota=50g data/home/lei
    # zfs set quota=50g data/home/murlock
●   Réservation d'espace
    # zfs set reversation=10g data/home/asyd
ZFS : Les propriétés d'un volume
●   Propriétés modifiables
    –   quota : taille maximum autorisée
    –   reservation : réserve l'espace disque (le rend
        inutilisable pour les autres volumes)
    –   mountpoint : point de montage
    –   sharenfs : partage le volume en NFS
    –   compression : active la compression à la volée
    –   snapdir : répertoire des snapshots visible ou non
ZFS : les snapshots
●   Manipulation de snapshots
    # zfs snapshot data/zones/guses@20070610
    # zfs send data/zones/guses@20070610 | ssh
    # zfs rollback data/zones/guses@20070610
●   Ne nécessite pas d'espace disque
    supplémentaire à la création. Seules les
    nouvelles données consommeront de l'espace
    disque.
Exemple d'utilisation des snapshots
●   Création d'un snapshot par jour
    @lundi, @mardi, @mercredi, etc.
●   Sauvegarde différentielle
    # zfs send -i data/home/asyd@lundi 
      data/home/asyd@mardi
●   Sauvegarde complète
    # zfs send data/home/asyd@dimanche
●   Montage des snapshots
    # zfs set snapdir=visible data/home/asyd
    # ls ~/.zfs/snapdir/lundi
Le fonctionnement de ZFS
●   mirror, raidz
●   Architecture
●   L'intégrité des données
    –   CoW (Copy on Write)
    –   Checksum
         ●   fletcher
         ●   sha256
ZFS : Mode miroir
L'application génère une   Le deuxième disque est       Les données correctes sont
demande de lecture. Le     sollicité, le checksum est   renvoyées à l'application, et
premier disque est         correct.                     le bloc du premier disque
utilisé, mais une erreur                                est mis à jour avec la valeur
est détectée par                                        correcte.
vérification du
checksum.
Le raidz et raidz2
●   Similaire au RAID5, mais l'utilisation du COW le
    rend plus performant
    –   Pas de « write hole » (trou d'écriture)
●   Détection des anomalies (checksum)
●   Le raidz2 utilise une double parité, à partir de 3
    disques seulement
L’arc hite c ture de ZFS


                                            Espace Utilisateur
                                                       Noyau

                Interfaces




                Couches transactionnelles




                Stockage
Les principales couches
●   ZPL (ZFS Posix Layer) interface implémentant
    le système de fichier
●   DMU (Data Management Unit)
    –   Gestion des transactions
●   Vdev : Gestion bas niveau des périphériques
    de stockage
    –   Gestion du mirror, raidz
    –   Compression
    –   Checksum
Inte rfac e d’adminis tratio n we b
Intégrité des données

   Le COW en action !




    Modification d'un fichier existant
Intégrité des données




Les carrés jaunes représentent les données existantes
Intégrité des données




Une application génère une modification du fichier existant. Cette modification porte sur deux blocs de données, mais est
partielle sur le second bloc. On copie donc les données depuis le bloc existant, on vérifie son checksum, et on apporte les
modifications sur le nouveau bloc.
Intégrité des données




De nouveaux blocs de références sont créés, on y copie les références vers les blocs de données ainsi que leurs
checksums.
Intégrité des données




On continue de remonter.
Intégrité des données




L'uberblock (équivalent du superblock) est modifié. S'il n'y a pas de snapshots, les anciens blocs sont libérés. Il est donc
moins coûteux (en terme de CPU) d'utiliser des snapshots !
Un mot sur l'optimisation ZFS
●   Utilisation d'un cache de type ARC (Adaptive
    Replacement Cache)
●   lzjb, l'algorithme de compression utilisé par zfs
    à été développé spécifiquement pour ZFS, par
    Jeff Bonwick
Fin
●   Questions / réponses
●   Site OpenSolaris
●   La communauté zones
●   La communauté BrandZ
●   La communauté ZFS
●   Le OpenSolaris User Group francophone

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(Open)Solaris : Introduction aux zones et à ZFS

  • 1. OpenSolaris : fonctionnement des zones et de zfs Bruno Bonfils, <asyd@asyd.net> Association GUSES http://www.guses.org/home/
  • 2. Sommaire ● Présentation d'OpenSolaris ● Les zones Plusieurs instances d'OpenSolaris Brandz : l'émulation Linux ● ZFS Comment gérer simplement son espace de stockage Ne plus s'inquiéter pour ses données !
  • 5.
  • 6. Les zones : introduction ● Permet plusieurs instances de l'OS ● Une seule instance du noyau pour toutes les zones ● Partage des ressources matérielles ● Des adresses réseaux dédiées ● Plusieurs types de zones permettant l'héritage des systèmes de fichiers, permettant de réduire l'espace disque nécessaire à une zone ● Zone Linux maintenant possible avec brandz
  • 7. Les zones : vue d'ensemble Matériel zone guest zone blastwave Noyau zone asyd zone guses zone globale ● Une seule instance du noyau ● Une et une seule zone globale ● N zones non globales (Solaris ou Linux) ● Accès à toutes les zones depuis la globale
  • 8. Les zones : création Configuration minimale d'une zone : # zonecfg -z guses zonecfg:guses> create [-t template] zonecfg:guses> set zonepath=/zones/guses zonecfg:guses> set autoboot=true zonecfg:guses> add net zonecfg:guses:net> set physical=bge0 zonecfg:guses:net> set address=xx.xx.xx.xx zonecfg:guses:net> end zonecfg:guses> verify zonecfg:guses> commit zonecfg:guses> exit
  • 9. Les zones : les fs ● Héritage ● Partage d'un système de fichier (lofs) – en lecture seule – en lecture / écriture ● Système de fichier dédié
  • 10. Administration d'une zone ● Installation et configuration initiale # zoneadm -z guses install # zoneadm -z guses boot # zlogin -C guses ● Opération de maintenance # zoneadm -z guses [boot|halt|reboot] ● Définition d'un processor set # zonecfg -z guses 'set pool=guest' Un pset (processor set) est un ensemble de processeurs qui seront dédiés aux éléments utilisant ce processor set (par exemple des zones). Plusieurs zones peuvent être associés au même processor set. La gestion des pset est totalement dynamique.
  • 12. Fonctionnement des zones ● Utilisation d'un membre zoneid dans les structures noyaux – la gestion des processus – la pile IP – les services RPC (ex: NFS) – les IPC ● L'ensemble du noyau est développé en connaissance des zones, d'où une intégration parfaite ● Attention, pas de raw sockets
  • 13. Exemple d'utilisation de zoneid Extrait de procfs.h 272 type de f s truc t ps info { 273 int pr_flag; /* pro ce s s flags (DEPRECATED; do no t us e ) */ 274 int pr_nlwp; /* numbe r o f active lwps in the pro ce s s */ 275 p id_t p r_pid; /* unique pro c e s s id */ 276 p id_t p r_ppid; /* pro ce s s id o f pare nt */ 277 p id_t p r_pgid; /* pid o f pro ce s s gro up le ade r */ 278 p id_t p id; r_s /* s e s s io n id */ 279 u id_t p r_uid; /* re al us e r id */ 280 u id_t p uid; r_e /* e ffe ctive us e r id */ 281 gid_t p r_gid; /* re al gro up id */ 282 gid_t p gid; r_e /* e ffe ctive gro up id */ 283 u intptr_tp r_addr; /* addre s s o f pro ce s s */ 284 s ize _t p ize ; r_s /* s ize o f pro ce s s image in Kbyte s */ 285 s ize _t p s ize ; r_rs /* re s ide nt s e t s ize in Kbyte s */ 286 s ize _t pr_pad1 ; [..] typedef int id_t; /* A process id, */ 304 t kid_tp as r_tas kid; /* tas k id */ 305 p jid_tp ro r_pro jid; /* pro je ct id */ typedef id_t zoneid_t; 306 int pr_nzo mb; /* numbe r o f zo mbie lwps in the pro c e s s */ 307 p o lid_tp o r_po o lid; /* po o l id */ 308 zoneid_t pr_zoneid; /* zone id */ 309 id_t p r_co ntract; /* pro ce s s c o ntrac t */ 31 0 int pr_fille r[1 ]; /* re s e rve d fo r future us e */ 311 lwps info _tp r_lwp; /* info rmatio n fo r re pre s e ntative lwp */ 31 2 } ps info _t;
  • 14. Les zones Linux : BrandZ ● Émulation d'un noyau Linux 2.4 ● Émulation partielle du système de fichier procfs ● Installation depuis la zone globale au travers de fichiers ISO, de tarballs, ou de CDROM ● S'administre de la même façon qu'une zone (Open)Solaris zonecfg> create -t SUNWlx
  • 15. Fonctionnement de BrandZ ● Interception de l'interruption Linux 80 – Code en assembleur ● Traduction des appels systèmes (lx_emulate) – Appel natif (mkdir) – Modifications mineures, notamment sur la gestion d'erreur (lx_rmdir) – Totalement réécrits (lx_ptrace)
  • 16. Présentation de ZFS ● Gérer simplement vos données ● Une facilité de sauvegarde accrue grâce aux snapshots ● Garantit la sécurité de vos données – miroir, raidz – mécanisme de copy on write (ne pas modifier des blocs de données existants) – utilisation de checksum « if 1,000 files were created every second, it would take about 9,000 years to reach the limit of the number of files »
  • 17. Présentation de ZFS ● Système de fichier et gestionnaire de volume ne font qu'un ● Plusieurs vues instantanées (snapshot) par volume ● Plusieurs niveaux de hiérarchies possibles ● Délégation d'administration (utilisation liée aux zones)
  • 18. ZFS : vue d'ensemble ● réduction, extension à chaud ● tout l'espace disponible est partagé entre les volumes ● bande passante globale ● raid1/raidz/raid6 possible
  • 19. ZFS : Création d'un pool ● Création d'un pool en mode miroir # zpool create data mirror c0t0d0 c0t1d0 ● Administration du pool # zpool status data # zpool iostat 1 # zpool scrub # zpool status data pool: data state: ONLINE # zpool iostat scrub: none requested capacity operations bandwidth config: pool used avail read write read write ---------- ----- ----- ----- ----- ----- ----- NAME STATE READ WRITE CKSUM data 15.5G 59.0G 0 3 4.15K 37.3K data ONLINE 0 0 0 data 15.5G 59.0G 0 0 0 0 c0t0d0 ONLINE 0 0 0 data 15.5G 59.0G 0 109 0 352K c0t1d0 ONLINE 0 0 0 errors: No known data errors
  • 20. ZFS : Création de volumes ● Création d'une hiérarchie de volumes # zfs create data/zones # zfs create data/home # zfs create data/home/asyd # zfs create data/home/lei # zfs create data/home/murlock ● Il n'est pas nécessaire de modifier le fichier /etc/vfstab, le montage est automatique
  • 21. Définition des propriétés ● Quota pour l'ensemble du volume home # zfs set quota=100g data/home ● Quota par utilisateur # zfs set quota=50g data/home/asyd # zfs set quota=50g data/home/lei # zfs set quota=50g data/home/murlock ● Réservation d'espace # zfs set reversation=10g data/home/asyd
  • 22. ZFS : Les propriétés d'un volume ● Propriétés modifiables – quota : taille maximum autorisée – reservation : réserve l'espace disque (le rend inutilisable pour les autres volumes) – mountpoint : point de montage – sharenfs : partage le volume en NFS – compression : active la compression à la volée – snapdir : répertoire des snapshots visible ou non
  • 23. ZFS : les snapshots ● Manipulation de snapshots # zfs snapshot data/zones/guses@20070610 # zfs send data/zones/guses@20070610 | ssh # zfs rollback data/zones/guses@20070610 ● Ne nécessite pas d'espace disque supplémentaire à la création. Seules les nouvelles données consommeront de l'espace disque.
  • 24. Exemple d'utilisation des snapshots ● Création d'un snapshot par jour @lundi, @mardi, @mercredi, etc. ● Sauvegarde différentielle # zfs send -i data/home/asyd@lundi data/home/asyd@mardi ● Sauvegarde complète # zfs send data/home/asyd@dimanche ● Montage des snapshots # zfs set snapdir=visible data/home/asyd # ls ~/.zfs/snapdir/lundi
  • 25. Le fonctionnement de ZFS ● mirror, raidz ● Architecture ● L'intégrité des données – CoW (Copy on Write) – Checksum ● fletcher ● sha256
  • 26. ZFS : Mode miroir L'application génère une Le deuxième disque est Les données correctes sont demande de lecture. Le sollicité, le checksum est renvoyées à l'application, et premier disque est correct. le bloc du premier disque utilisé, mais une erreur est mis à jour avec la valeur est détectée par correcte. vérification du checksum.
  • 27. Le raidz et raidz2 ● Similaire au RAID5, mais l'utilisation du COW le rend plus performant – Pas de « write hole » (trou d'écriture) ● Détection des anomalies (checksum) ● Le raidz2 utilise une double parité, à partir de 3 disques seulement
  • 28. L’arc hite c ture de ZFS Espace Utilisateur Noyau Interfaces Couches transactionnelles Stockage
  • 29. Les principales couches ● ZPL (ZFS Posix Layer) interface implémentant le système de fichier ● DMU (Data Management Unit) – Gestion des transactions ● Vdev : Gestion bas niveau des périphériques de stockage – Gestion du mirror, raidz – Compression – Checksum
  • 30. Inte rfac e d’adminis tratio n we b
  • 31. Intégrité des données Le COW en action ! Modification d'un fichier existant
  • 32. Intégrité des données Les carrés jaunes représentent les données existantes
  • 33. Intégrité des données Une application génère une modification du fichier existant. Cette modification porte sur deux blocs de données, mais est partielle sur le second bloc. On copie donc les données depuis le bloc existant, on vérifie son checksum, et on apporte les modifications sur le nouveau bloc.
  • 34. Intégrité des données De nouveaux blocs de références sont créés, on y copie les références vers les blocs de données ainsi que leurs checksums.
  • 35. Intégrité des données On continue de remonter.
  • 36. Intégrité des données L'uberblock (équivalent du superblock) est modifié. S'il n'y a pas de snapshots, les anciens blocs sont libérés. Il est donc moins coûteux (en terme de CPU) d'utiliser des snapshots !
  • 37. Un mot sur l'optimisation ZFS ● Utilisation d'un cache de type ARC (Adaptive Replacement Cache) ● lzjb, l'algorithme de compression utilisé par zfs à été développé spécifiquement pour ZFS, par Jeff Bonwick
  • 38. Fin ● Questions / réponses ● Site OpenSolaris ● La communauté zones ● La communauté BrandZ ● La communauté ZFS ● Le OpenSolaris User Group francophone