ZFS 快照简介

ZFS 快照是存储池某个时间点的只读副本。与其他文件系统的快照方法不同，ZFS 快照不需要复制或移动数据，因此创建和删除快照非常快，且不会对系统性能产生大的影响。此外，因为 ZFS 快照只存储自快照创建后数据的改变，所以它们使用的空间非常小。

ZFS 快照工作原理基于 ZFS 的 copy-on-write 机制。在 ZFS 中，当数据被修改时，ZFS 不是直接覆盖原有的数据，而是在不同的位置写入新的数据。只有在新的数据成功写入后，ZFS 才会更新指向这些数据的指针。这种机制保证了 ZFS 操作的原子性，防止了数据的部分写入，从而保证了数据的一致性。

当创建 ZFS 快照时，ZFS 会保留一个指向当前数据状态的指针。这意味着即使数据被修改，原有的数据仍然可以通过快照访问。因此，ZFS 快照只需要存储自快照创建后数据的改变，而原有的数据则由存储池和所有的快照共享。

ZFS 快照有许多用途。例如，您可以使用快照来保护数据，防止误删除或误修改。您也可以使用快照来创建数据的历史版本，以便于恢复旧的数据或分析数据的变化。此外，ZFS 还允许您将快照发送到远程的 ZFS 系统，这可以用于数据备份或复制。

ZFS 快照管理

这里基于 SSD 文件系统来简单说一下快照管理。

# 查看文件系统，已经存在 SSD 文件系统
[root@localhost ~]# df -lh
Filesystem           Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs             4.0M     0  4.0M   0% /dev
tmpfs                7.7G     0  7.7G   0% /dev/shm
tmpfs                3.1G  8.8M  3.1G   1% /run
/dev/mapper/rl-root   70G  3.7G   67G   6% /
/dev/sdb2           1014M  303M  712M  30% /boot
/dev/sdb1            599M  7.0M  592M   2% /boot/efi
/dev/mapper/rl-home  145G  1.1G  144G   1% /home
tmpfs                1.6G  4.0K  1.6G   1% /run/user/0
SSD                  3.6T  128K  3.6T   1% /SSD

# 添加一个文件
[root@localhost SSD]# echo "123" > 1.txt

# 查看文件是存在的
[root@localhost SSD]# ls -l
total 2
-rw-r--r-- 1 root root 4 Jun 15 20:36 1.txt

# 创建快照，这里是基于 SSD 这个文件系统或卷创建快照，并非 SSD 存储池创建快照。
[root@localhost SSD]# zfs snap SSD@snap20230615

# 查看快照信息
[root@localhost SSD]# zfs list -t snapshot
NAME               USED  AVAIL     REFER  MOUNTPOINT
SSD@snap20230615     0B      -     35.9K  -

# 删除对应文件
[root@localhost SSD]# rm -rf 1.txt

# 文件已经没有了
[root@localhost SSD]# ll
total 0

# 回滚快照
[root@localhost SSD]# zfs rollback SSD@snap20230615

# 文件恢复
[root@localhost SSD]# ll
total 2
-rw-r--r-- 1 root root 4 Jun 15 20:36 1.txt

# 删除快照
[root@localhost SSD]# zfs destroy SSD@snap20230615

# 克隆快照与快照不同，克隆快照可以编辑管理文件，快照是只读的。
# 克隆快照，需要先创建一个快照，再进行克隆
[root@localhost SSD]# zfs snap SSD@snap20230615
[root@localhost SSD]# zfs clone SSD@snap20230615 SSD/my_clone

# 查看克隆
[root@localhost /]# zfs list
NAME           USED  AVAIL     REFER  MOUNTPOINT
SSD            360K  3.52T     35.9K  /SSD
SSD/my_clone     0B  3.52T     35.9K  /SSD/my_clone

# 克隆以后就会自动创建对应文件系统
[root@localhost SSD]# df -lh
Filesystem           Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs             4.0M     0  4.0M   0% /dev
tmpfs                7.7G     0  7.7G   0% /dev/shm
tmpfs                3.1G  8.8M  3.1G   1% /run
/dev/mapper/rl-root   70G  3.7G   67G   6% /
/dev/sdb2           1014M  303M  712M  30% /boot
/dev/sdb1            599M  7.0M  592M   2% /boot/efi
/dev/mapper/rl-home  145G  1.1G  144G   1% /home
tmpfs                1.6G  4.0K  1.6G   1% /run/user/0
SSD                  3.6T  128K  3.6T   1% /SSD
SSD/my_clone         3.6T  128K  3.6T   1% /SSD/my_clone

# 进入对应目录
[root@localhost SSD]# cd /SSD/my_clone

# 向 1.txt 文件中添加数据
[root@localhost my_clone]# echo "789" >> 1.txt

# 查看文件已经更改
[root@localhost my_clone]# cat 1.txt 
123
456
789

# 但我们查看原有/SSD/1.txt没有变化
[root@localhost my_clone]# cat /SSD/1.txt 
123
456

# 删除快照克隆
[root@localhost /]# zfs destroy SSD/my_clone

Shell 脚本快照自动管理

因为木子的数据备份采用是 rsync 同步备份（会进行同步删除），有时候难免出现文件误删除想恢复等情况，使用 ZFS 快照就可以更好的保障这一点。在网上看了很多开源的 ZFS 快照管理工具，像  zfs-periodic、zfs-snapshot-mgmt、zfsnap2、zfstools 等，有些过于复杂，有些相对简单，都不太符合需求，所以决定自己写一个脚本来实现简单的快照自动管理。zfs_auto_snap.sh 脚本主要实现每 30 分钟创建一个新的快照，并同时检测有没有超过 30 天的快照，如果存在超过 30 天的快照，自动删除对应快照。

[root@demo Script]# cat > zfs_auto_snap.sh << \EOF
#!/bin/bash
export PATH=/usr/bin:/bin:/usr/sbin:/sbin:/usr/local/bin

# 设置 ZFS 文件系统和快照前缀
ZFS_DATASET="SSD"
SNAPSHOT_PREFIX="snap"

# 获取当前日期的时间戳
CURRENT_DATE=$(/usr/bin/date +%s)

# 创建新的快照
new_snapshot="$ZFS_DATASET@$SNAPSHOT_PREFIX$(/usr/bin/date +%Y%m%d%H%M)"
# 如果您有多个子文件系统，可以使用 -r 进行递归快照，如果有多个父文件系统，还需要调整整个脚本，或者创建多个计划任务。
/usr/sbin/zfs snapshot -r "$new_snapshot"

# 列出所有ZFS快照
snapshot_list=$(/usr/sbin/zfs list -H -t snapshot -o name -r "$ZFS_DATASET")

# 循环处理每个快照
while IFS= read -r snapshot; do
    # 获取快照创建时间并转换为时间戳
    snapshot_creation_date=$(/usr/bin/date -d "$(/usr/sbin/zfs get -H -o value creation "$snapshot")" +%s)

    # 计算快照存在的天数
    days_difference=$(( (CURRENT_DATE - snapshot_creation_date) / (60*60*24) ))

    # 如果超过30天，删除快照
    if [ "$days_difference" -gt 30 ]; then
        echo "Deleting snapshot: $snapshot"
        /usr/sbin/zfs destroy "$snapshot"
    fi
done <<< "$snapshot_list"
EOF

# 设置计划任务
[root@demo Script]# crontab -l
*/30 * * * * /root/Script/zfs_auto_snap.sh 

# 检测快照情况
[root@demo Script]# zfs list -H -t snapshot
SSD@snap202401200700    2.74M   -       119G    -
SSD@snap202401200730    2.93M   -       119G    -
SSD@snap202401200800    1.95M   -       119G    -
SSD@snap202401200830    1.96M   -       119G    -

ZFS 快照说明

刚好有群友提到快照的问题，用过 TrueNAS 的朋友可能会发现，创建快照 Web 管理界面写的是基于数据集（DATASET），包括很多比较权威的资料上也是这样写的，从木子个人理解来说，不应该叫作数据集。因为数据集是文件系统、卷、快照的统称，而我们在进行快照的时候，实际上是对文件系统和卷进行快照，并不会对快照进行再次快照，所以更加合理的说话应该是对文件系统与卷进行快照。这个我们在查看 zfs snapshot 帮助时候也可以看到。

[root@demo ~]# zfs snapshot
missing snapshot argument
usage:
        snapshot [-r] [-o property=value] ... <filesystem|volume>@<snap> ...
For the property list, run: zfs set|get
For the delegated permission list, run: zfs allow|unallow

写在最后

在这篇文章中，我们对 ZFS 快照的工作原理和应用进行了深入的探讨。希望这些信息能帮助您更好地理解和利用 ZFS 快照来保护和管理您的数据。然而，ZFS 的功能远不止于此，快照只是其中的一部分。

在 ZFS 中，除了文件系统和快照，还有一个重要的概念，那就是“卷”。卷是一个可以作为块设备使用的存储实体，它们在一些特定的场景下，如虚拟化，数据库存储等，都有非常重要的作用。

在下一篇文章中，我们将聚焦于 ZFS 的卷管理，从创建和配置卷，到理解卷如何与文件系统和快照交互，我们将带领您深入了解这一重要特性。让我们期待下一篇文章，继续探索 ZFS 的世界。

变更记录

• 2024-01-20
  • 新增 ZFS 快照自动管理脚本。
• 2024-01-22
  • 新增 ZFS 快照说明。

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