]> git.proxmox.com Git - pve-docs.git/blobdiff - local-zfs.adoc
update link qemu documentation non web.archive
[pve-docs.git] / local-zfs.adoc
index 8ee85544296a9a0554ee91fc69af59fa732894d0..423f569b82ab478b8da8936a729ab00648738a7c 100644 (file)
@@ -1,7 +1,6 @@
+[[chapter_zfs]]
 ZFS on Linux
 ------------
-include::attributes.txt[]
-
 ifdef::wiki[]
 :pve-toplevel:
 endif::wiki[]
@@ -43,8 +42,6 @@ management.
 
 * Designed for high storage capacities
 
-* Protection against data corruption
-
 * Asynchronous replication over network
 
 * Open Source
@@ -58,22 +55,22 @@ Hardware
 ~~~~~~~~
 
 ZFS depends heavily on memory, so you need at least 8GB to start. In
-practice, use as much you can get for your hardware/budget. To prevent
+practice, use as much as you can get for your hardware/budget. To prevent
 data corruption, we recommend the use of high quality ECC RAM.
 
-If you use a dedicated cache and/or log disk, you should use a
+If you use a dedicated cache and/or log disk, you should use an
 enterprise class SSD (e.g. Intel SSD DC S3700 Series). This can
 increase the overall performance significantly.
 
-IMPORTANT: Do not use ZFS on top of hardware controller which has its
-own cache management. ZFS needs to directly communicate with disks. An
-HBA adapter is the way to go, or something like LSI controller flashed
-in ``IT'' mode.
+IMPORTANT: Do not use ZFS on top of a hardware RAID controller which has its
+own cache management. ZFS needs to communicate directly with the disks. An
+HBA adapter or something like an LSI controller flashed in ``IT'' mode is more
+appropriate.
 
 If you are experimenting with an installation of {pve} inside a VM
 (Nested Virtualization), don't use `virtio` for disks of that VM,
-since they are not supported by ZFS. Use IDE or SCSI instead (works
-also with `virtio` SCSI controller type).
+as they are not supported by ZFS. Use IDE or SCSI instead (also works
+with the `virtio` SCSI controller type).
 
 
 Installation as Root File System
@@ -152,18 +149,107 @@ rpool/swap        4.25G  7.69T    64K  -
 ----
 
 
+[[sysadmin_zfs_raid_considerations]]
+ZFS RAID Level Considerations
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+There are a few factors to take into consideration when choosing the layout of
+a ZFS pool. The basic building block of a ZFS pool is the virtual device, or
+`vdev`. All vdevs in a pool are used equally and the data is striped among them
+(RAID0). Check the `zpool(8)` manpage for more details on vdevs.
+
+[[sysadmin_zfs_raid_performance]]
+Performance
+^^^^^^^^^^^
+
+Each `vdev` type has different performance behaviors. The two
+parameters of interest are the IOPS (Input/Output Operations per Second) and
+the bandwidth with which data can be written or read.
+
+A 'mirror' vdev (RAID1) will approximately behave like a single disk in regards
+to both parameters when writing data. When reading data if will behave like the
+number of disks in the mirror.
+
+A common situation is to have 4 disks. When setting it up as 2 mirror vdevs
+(RAID10) the pool will have the write characteristics as two single disks in
+regard of IOPS and bandwidth. For read operations it will resemble 4 single
+disks.
+
+A 'RAIDZ' of any redundancy level will approximately behave like a single disk
+in regard of IOPS with a lot of bandwidth. How much bandwidth depends on the
+size of the RAIDZ vdev and the redundancy level.
+
+For running VMs, IOPS is the more important metric in most situations.
+
+
+[[sysadmin_zfs_raid_size_space_usage_redundancy]]
+Size, Space usage and Redundancy
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+
+While a pool made of 'mirror' vdevs will have the best performance
+characteristics, the usable space will be 50% of the disks available. Less if a
+mirror vdev consists of more than 2 disks, for example in a 3-way mirror. At
+least one healthy disk per mirror is needed for the pool to stay functional.
+
+The usable space of a 'RAIDZ' type vdev of N disks is roughly N-P, with P being
+the RAIDZ-level. The RAIDZ-level indicates how many arbitrary disks can fail
+without losing data. A special case is a 4 disk pool with RAIDZ2. In this
+situation it is usually better to use 2 mirror vdevs for the better performance
+as the usable space will be the same.
+
+Another important factor when using any RAIDZ level is how ZVOL datasets, which
+are used for VM disks, behave. For each data block the pool needs parity data
+which is at least the size of the minimum block size defined by the `ashift`
+value of the pool. With an ashift of 12 the block size of the pool is 4k.  The
+default block size for a ZVOL is 8k. Therefore, in a RAIDZ2 each 8k block
+written will cause two additional 4k parity blocks to be written,
+8k + 4k + 4k = 16k.  This is of course a simplified approach and the real
+situation will be slightly different with metadata, compression and such not
+being accounted for in this example.
+
+This behavior can be observed when checking the following properties of the
+ZVOL:
+
+ * `volsize`
+ * `refreservation` (if the pool is not thin provisioned)
+ * `used` (if the pool is thin provisioned and without snapshots present)
+
+----
+# zfs get volsize,refreservation,used <pool>/vm-<vmid>-disk-X
+----
+
+`volsize` is the size of the disk as it is presented to the VM, while
+`refreservation` shows the reserved space on the pool which includes the
+expected space needed for the parity data. If the pool is thin provisioned, the
+`refreservation` will be set to 0. Another way to observe the behavior is to
+compare the used disk space within the VM and the `used` property. Be aware
+that snapshots will skew the value.
+
+There are a few options to counter the increased use of space:
+
+* Increase the `volblocksize` to improve the data to parity ratio
+* Use 'mirror' vdevs instead of 'RAIDZ'
+* Use `ashift=9` (block size of 512 bytes)
+
+The `volblocksize` property can only be set when creating a ZVOL. The default
+value can be changed in the storage configuration. When doing this, the guest
+needs to be tuned accordingly and depending on the use case, the problem of
+write amplification if just moved from the ZFS layer up to the guest.
+
+Using `ashift=9` when creating the pool can lead to bad
+performance, depending on the disks underneath, and cannot be changed later on.
+
+Mirror vdevs (RAID1, RAID10) have favorable behavior for VM workloads. Use
+them, unless your environment has specific needs and characteristics where
+RAIDZ performance characteristics are acceptable.
+
+
 Bootloader
 ~~~~~~~~~~
 
-The default ZFS disk partitioning scheme does not use the first 2048
-sectors. This gives enough room to install a GRUB boot partition. The
-{pve} installer automatically allocates that space, and installs the
-GRUB boot loader there. If you use a redundant RAID setup, it installs
-the boot loader on all disk required for booting. So you can boot
-even if some disks fail.
-
-NOTE: It is not possible to use ZFS as root file system with UEFI
-boot.
+Depending on whether the system is booted in EFI or legacy BIOS mode the
+{pve} installer sets up either `grub` or `systemd-boot` as main bootloader.
+See the chapter on xref:sysboot[{pve} host bootladers] for details.
 
 
 ZFS Administration
@@ -179,49 +265,76 @@ manual pages, which can be read with:
 # man zfs
 -----
 
-.Create a new zpool
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool]]
+Create a new zpool
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
 To create a new pool, at least one disk is needed. The `ashift` should
 have the same sector-size (2 power of `ashift`) or larger as the
 underlying disk.
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device>
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device>
+----
 
-To activate compression
+To activate compression (see section <<zfs_compression,Compression in ZFS>>):
 
- zfs set compression=lz4 <pool>
+----
+# zfs set compression=lz4 <pool>
+----
 
-.Create a new pool with RAID-0
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_raid0]]
+Create a new pool with RAID-0
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-Minimum 1 Disk
+Minimum 1 disk
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device1> <device2>
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device1> <device2>
+----
 
-.Create a new pool with RAID-1
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_raid1]]
+Create a new pool with RAID-1
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-Minimum 2 Disks
+Minimum 2 disks
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> mirror <device1> <device2>
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> mirror <device1> <device2>
+----
 
-.Create a new pool with RAID-10
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_raid10]]
+Create a new pool with RAID-10
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-Minimum 4 Disks
+Minimum 4 disks
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> mirror <device1> <device2> mirror <device3> <device4> 
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> mirror <device1> <device2> mirror <device3> <device4>
+----
 
-.Create a new pool with RAIDZ-1
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_raidz1]]
+Create a new pool with RAIDZ-1
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-Minimum 3 Disks
+Minimum 3 disks
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> raidz1 <device1> <device2> <device3>
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> raidz1 <device1> <device2> <device3>
+----
 
-.Create a new pool with RAIDZ-2
+Create a new pool with RAIDZ-2
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-Minimum 4 Disks
+Minimum 4 disks
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> raidz2 <device1> <device2> <device3> <device4>
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> raidz2 <device1> <device2> <device3> <device4>
+----
 
-.Create a new pool with cache (L2ARC)
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_with_cache]]
+Create a new pool with cache (L2ARC)
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
 It is possible to use a dedicated cache drive partition to increase
 the performance (use SSD).
@@ -229,9 +342,13 @@ the performance (use SSD).
 As `<device>` it is possible to use more devices, like it's shown in
 "Create a new pool with RAID*".
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device> cache <cache_device>
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device> cache <cache_device>
+----
 
-.Create a new pool with log (ZIL)
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_with_log]]
+Create a new pool with log (ZIL)
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
 It is possible to use a dedicated cache drive partition to increase
 the performance(SSD).
@@ -239,11 +356,15 @@ the performance(SSD).
 As `<device>` it is possible to use more devices, like it's shown in
 "Create a new pool with RAID*".
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device> log <log_device>
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device> log <log_device>
+----
 
-.Add cache and log to an existing pool
+[[sysadmin_zfs_add_cache_and_log_dev]]
+Add cache and log to an existing pool
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-If you have an pool without cache and log. First partition the SSD in
+If you have a pool without cache and log. First partition the SSD in
 2 partition with `parted` or `gdisk`
 
 IMPORTANT: Always use GPT partition tables.
@@ -252,19 +373,64 @@ The maximum size of a log device should be about half the size of
 physical memory, so this is usually quite small. The rest of the SSD
 can be used as cache.
 
- zpool add -f <pool> log <device-part1> cache <device-part2> 
+----
+# zpool add -f <pool> log <device-part1> cache <device-part2>
+----
+
+[[sysadmin_zfs_change_failed_dev]]
+Changing a failed device
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+
+----
+# zpool replace -f <pool> <old device> <new device>
+----
+
+.Changing a failed bootable device
+
+Depending on how {pve} was installed it is either using `grub` or `systemd-boot`
+as bootloader (see xref:sysboot[Host Bootloader]).
+
+The first steps of copying the partition table, reissuing GUIDs and replacing
+the ZFS partition are the same. To make the system bootable from the new disk,
+different steps are needed which depend on the bootloader in use.
+
+----
+# sgdisk <healthy bootable device> -R <new device>
+# sgdisk -G <new device>
+# zpool replace -f <pool> <old zfs partition> <new zfs partition>
+----
+
+NOTE: Use the `zpool status -v` command to monitor how far the resilvering
+process of the new disk has progressed.
+
+.With `systemd-boot`:
 
-.Changing a failed device
+----
+# pve-efiboot-tool format <new disk's ESP>
+# pve-efiboot-tool init <new disk's ESP>
+----
+
+NOTE: `ESP` stands for EFI System Partition, which is setup as partition #2 on
+bootable disks setup by the {pve} installer since version 5.4. For details, see
+xref:sysboot_systemd_boot_setup[Setting up a new partition for use as synced ESP].
 
- zpool replace -f <pool> <old device> <new-device>
+.With `grub`:
 
+----
+# grub-install <new disk>
+----
 
 Activate E-Mail Notification
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
 ZFS comes with an event daemon, which monitors events generated by the
 ZFS kernel module. The daemon can also send emails on ZFS events like
-pool errors.
+pool errors. Newer ZFS packages ship the daemon in a separate package,
+and you can install it using `apt-get`:
+
+----
+# apt-get install zfs-zed
+----
 
 To activate the daemon it is necessary to edit `/etc/zfs/zed.d/zed.rc` with your
 favourite editor, and uncomment the `ZED_EMAIL_ADDR` setting:
@@ -280,40 +446,64 @@ IMPORTANT: The only setting that is required is `ZED_EMAIL_ADDR`. All
 other settings are optional.
 
 
+[[sysadmin_zfs_limit_memory_usage]]
 Limit ZFS Memory Usage
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
-It is good to use at most 50 percent (which is the default) of the
-system memory for ZFS ARC to prevent performance shortage of the
-host. Use your preferred editor to change the configuration in
-`/etc/modprobe.d/zfs.conf` and insert:
+ZFS uses '50 %' of the host memory for the **A**daptive **R**eplacement
+**C**ache (ARC) by default. Allocating enough memory for the ARC is crucial for
+IO performance, so reduce it with caution. As a general rule of thumb, allocate
+at least +2 GiB Base + 1 GiB/TiB-Storage+. For example, if you have a pool with
++8 TiB+ of available storage space then you should use +10 GiB+ of memory for
+the ARC.
+
+You can change the ARC usage limit for the current boot (a reboot resets this
+change again) by writing to the +zfs_arc_max+ module parameter directly:
+
+----
+ echo "$[10 * 1024*1024*1024]" >/sys/module/zfs/parameters/zfs_arc_max
+----
+
+To *permanently change* the ARC limits, add the following line to
+`/etc/modprobe.d/zfs.conf`:
 
 --------
 options zfs zfs_arc_max=8589934592
 --------
 
-This example setting limits the usage to 8GB.
+This example setting limits the usage to 8 GiB ('8 * 2^30^').
 
 [IMPORTANT]
 ====
-If your root file system is ZFS you must update your initramfs every
+If your root file system is ZFS, you must update your initramfs every
 time this value changes:
 
- update-initramfs -u
+----
+# update-initramfs -u
+----
+
+You *must reboot* to activate these changes.
 ====
 
 
-.SWAP on ZFS
+[[zfs_swap]]
+SWAP on ZFS
+~~~~~~~~~~~
 
-SWAP on ZFS on Linux may generate some troubles, like blocking the
+Swap-space created on a zvol may generate some troubles, like blocking the
 server or generating a high IO load, often seen when starting a Backup
 to an external Storage.
 
 We strongly recommend to use enough memory, so that you normally do not
-run into low memory situations. Additionally, you can lower the
+run into low memory situations. Should you need or want to add swap, it is
+preferred to create a partition on a physical disk and use it as swapdevice.
+You can leave some space free for this purpose in the advanced options of the
+installer. Additionally, you can lower the
 ``swappiness'' value. A good value for servers is 10:
 
- sysctl -w vm.swappiness=10
+----
+# sysctl -w vm.swappiness=10
+----
 
 To make the swappiness persistent, open `/etc/sysctl.conf` with
 an editor of your choice and add the following line:
@@ -335,3 +525,212 @@ improve performance when sufficient memory exists in a system.
 | vm.swappiness = 60  | The default value.
 | vm.swappiness = 100 | The kernel will swap aggressively.
 |===========================================================
+
+[[zfs_encryption]]
+Encrypted ZFS Datasets
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+ZFS on Linux version 0.8.0 introduced support for native encryption of
+datasets. After an upgrade from previous ZFS on Linux versions, the encryption
+feature can be enabled per pool:
+
+----
+# zpool get feature@encryption tank
+NAME  PROPERTY            VALUE            SOURCE
+tank  feature@encryption  disabled         local
+
+# zpool set feature@encryption=enabled
+
+# zpool get feature@encryption tank
+NAME  PROPERTY            VALUE            SOURCE
+tank  feature@encryption  enabled         local
+----
+
+WARNING: There is currently no support for booting from pools with encrypted
+datasets using Grub, and only limited support for automatically unlocking
+encrypted datasets on boot. Older versions of ZFS without encryption support
+will not be able to decrypt stored data.
+
+NOTE: It is recommended to either unlock storage datasets manually after
+booting, or to write a custom unit to pass the key material needed for
+unlocking on boot to `zfs load-key`.
+
+WARNING: Establish and test a backup procedure before enabling encryption of
+production data. If the associated key material/passphrase/keyfile has been
+lost, accessing the encrypted data is no longer possible.
+
+Encryption needs to be setup when creating datasets/zvols, and is inherited by
+default to child datasets. For example, to create an encrypted dataset
+`tank/encrypted_data` and configure it as storage in {pve}, run the following
+commands:
+
+----
+# zfs create -o encryption=on -o keyformat=passphrase tank/encrypted_data
+Enter passphrase:
+Re-enter passphrase:
+
+# pvesm add zfspool encrypted_zfs -pool tank/encrypted_data
+----
+
+All guest volumes/disks create on this storage will be encrypted with the
+shared key material of the parent dataset.
+
+To actually use the storage, the associated key material needs to be loaded
+and the dataset needs to be mounted. This can be done in one step with:
+
+----
+# zfs mount -l tank/encrypted_data
+Enter passphrase for 'tank/encrypted_data':
+----
+
+It is also possible to use a (random) keyfile instead of prompting for a
+passphrase by setting the `keylocation` and `keyformat` properties, either at
+creation time or with `zfs change-key` on existing datasets:
+
+----
+# dd if=/dev/urandom of=/path/to/keyfile bs=32 count=1
+
+# zfs change-key -o keyformat=raw -o keylocation=file:///path/to/keyfile tank/encrypted_data
+----
+
+WARNING: When using a keyfile, special care needs to be taken to secure the
+keyfile against unauthorized access or accidental loss. Without the keyfile, it
+is not possible to access the plaintext data!
+
+A guest volume created underneath an encrypted dataset will have its
+`encryptionroot` property set accordingly. The key material only needs to be
+loaded once per encryptionroot to be available to all encrypted datasets
+underneath it.
+
+See the `encryptionroot`, `encryption`, `keylocation`, `keyformat` and
+`keystatus` properties, the `zfs load-key`, `zfs unload-key` and `zfs
+change-key` commands and the `Encryption` section from `man zfs` for more
+details and advanced usage.
+
+
+[[zfs_compression]]
+Compression in ZFS
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+When compression is enabled on a dataset, ZFS tries to compress all *new*
+blocks before writing them and decompresses them on reading. Already
+existing data will not be compressed retroactively.
+
+You can enable compression with:
+
+----
+# zfs set compression=<algorithm> <dataset>
+----
+
+We recommend using the `lz4` algorithm, because it adds very little CPU
+overhead. Other algorithms like `lzjb` and `gzip-N`, where `N` is an
+integer from `1` (fastest) to `9` (best compression ratio), are also
+available. Depending on the algorithm and how compressible the data is,
+having compression enabled can even increase I/O performance.
+
+You can disable compression at any time with:
+
+----
+# zfs set compression=off <dataset>
+----
+
+Again, only new blocks will be affected by this change.
+
+
+[[sysadmin_zfs_special_device]]
+ZFS Special Device
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+Since version 0.8.0 ZFS supports `special` devices. A `special` device in a
+pool is used to store metadata, deduplication tables, and optionally small
+file blocks.
+
+A `special` device can improve the speed of a pool consisting of slow spinning
+hard disks with a lot of metadata changes. For example workloads that involve
+creating, updating or deleting a large number of files will benefit from the
+presence of a `special` device. ZFS datasets can also be configured to store
+whole small files on the `special` device which can further improve the
+performance. Use fast SSDs for the `special` device.
+
+IMPORTANT: The redundancy of the `special` device should match the one of the
+pool, since the `special` device is a point of failure for the whole pool.
+
+WARNING: Adding a `special` device to a pool cannot be undone!
+
+.Create a pool with `special` device and RAID-1:
+
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> mirror <device1> <device2> special mirror <device3> <device4>
+----
+
+.Add a `special` device to an existing pool with RAID-1:
+
+----
+# zpool add <pool> special mirror <device1> <device2>
+----
+
+ZFS datasets expose the `special_small_blocks=<size>` property. `size` can be
+`0` to disable storing small file blocks on the `special` device or a power of
+two in the range between `512B` to `128K`. After setting the property new file
+blocks smaller than `size` will be allocated on the `special` device.
+
+IMPORTANT: If the value for `special_small_blocks` is greater than or equal to
+the `recordsize` (default `128K`) of the dataset, *all* data will be written to
+the `special` device, so be careful!
+
+Setting the `special_small_blocks` property on a pool will change the default
+value of that property for all child ZFS datasets (for example all containers
+in the pool will opt in for small file blocks).
+
+.Opt in for all file smaller than 4K-blocks pool-wide:
+
+----
+# zfs set special_small_blocks=4K <pool>
+----
+
+.Opt in for small file blocks for a single dataset:
+
+----
+# zfs set special_small_blocks=4K <pool>/<filesystem>
+----
+
+.Opt out from small file blocks for a single dataset:
+
+----
+# zfs set special_small_blocks=0 <pool>/<filesystem>
+----
+
+[[sysadmin_zfs_features]]
+ZFS Pool Features
+~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+Changes to the on-disk format in ZFS are only made between major version changes
+and are specified through *features*. All features, as well as the general
+mechanism are well documented in the `zpool-features(5)` manpage.
+
+Since enabling new features can render a pool not importable by an older version
+of ZFS, this needs to be done actively by the administrator, by running
+`zpool upgrade` on the pool (see the `zpool-upgrade(8)` manpage).
+
+Unless you need to use one of the new features, there is no upside to enabling
+them.
+
+In fact, there are some downsides to enabling new features:
+
+* A system with root on ZFS, that still boots using `grub` will become
+  unbootable if a new feature is active on the rpool, due to the incompatible
+  implementation of ZFS in grub.
+* The system will not be able to import any upgraded pool when booted with an
+  older kernel, which still ships with the old ZFS modules.
+* Booting an older {pve} ISO to repair a non-booting system will likewise not
+  work.
+
+IMPORTANT: Do *not* upgrade your rpool if your system is still booted with
+`grub`, as this will render your system unbootable. This includes systems
+installed before {pve} 5.4, and systems booting with legacy BIOS boot (see
+xref:sysboot_determine_bootloader_used[how to determine the bootloader]).
+
+.Enable new features for a ZFS pool:
+----
+# zpool upgrade <pool>
+----