]> git.proxmox.com Git - pve-docs.git/blobdiff - local-zfs.adoc
bump version to 8.2.1
[pve-docs.git] / local-zfs.adoc
index ff602ed13503587c79353ae3150fe05a8182a61f..130f9d6b664039ed8002bb9cb65b84b31df818a7 100644 (file)
@@ -1,15 +1,18 @@
+[[chapter_zfs]]
 ZFS on Linux
 ------------
-include::attributes.txt[]
+ifdef::wiki[]
+:pve-toplevel:
+endif::wiki[]
 
 ZFS is a combined file system and logical volume manager designed by
 Sun Microsystems. Starting with {pve} 3.4, the native Linux
 kernel port of the ZFS file system is introduced as optional
-file-system and also as an additional selection for the root
-file-system. There is no need for manually compile ZFS modules - all
+file system and also as an additional selection for the root
+file system. There is no need for manually compile ZFS modules - all
 packages are included.
 
-By using ZFS, its possible to achieve maximal enterprise features with
+By using ZFS, its possible to achieve maximum enterprise features with
 low budget hardware, but also high performance systems by leveraging
 SSD caching or even SSD only setups. ZFS can replace cost intense
 hardware raid cards by moderate CPU and memory load combined with easy
@@ -23,13 +26,14 @@ management.
 
 * Protection against data corruption
 
-* Data compression on file-system level
+* Data compression on file system level
 
 * Snapshots
 
 * Copy-on-write clone
 
-* Various raid levels: RAID0, RAID1, RAID10, RAIDZ-1, RAIDZ-2 and RAIDZ-3
+* Various raid levels: RAID0, RAID1, RAID10, RAIDZ-1, RAIDZ-2, RAIDZ-3,
+dRAID, dRAID2, dRAID3
 
 * Can use SSD for cache
 
@@ -39,8 +43,6 @@ management.
 
 * Designed for high storage capacities
 
-* Protection against data corruption
-
 * Asynchronous replication over network
 
 * Open Source
@@ -54,25 +56,25 @@ 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
-enterprise class SSD (e.g. Intel SSD DC S3700 Series). This can
+If you use a dedicated cache and/or log disk, you should use an
+enterprise class SSD. This can
 increase the overall performance significantly.
 
-IMPORTANT: Do not use ZFS on top of hardware controller which has it's
-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).
+(Nested Virtualization), don't use `virtio` for disks of that VM,
+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
+Installation as Root File System
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
 When you install using the {pve} installer, you can choose ZFS for the
@@ -80,11 +82,11 @@ root file system. You need to select the RAID type at installation
 time:
 
 [horizontal]
-RAID0:: Also called 'striping'. The capacity of such volume is the sum
-of the capacity of all disks. But RAID0 does not add any redundancy,
+RAID0:: Also called ``striping''. The capacity of such volume is the sum
+of the capacities of all disks. But RAID0 does not add any redundancy,
 so the failure of a single drive makes the volume unusable.
 
-RAID1:: Also called mirroring. Data is written identically to all
+RAID1:: Also called ``mirroring''. Data is written identically to all
 disks. This mode requires at least 2 disks with the same size. The
 resulting capacity is that of a single disk.
 
@@ -97,12 +99,12 @@ RAIDZ-2:: A variation on RAID-5, double parity. Requires at least 4 disks.
 RAIDZ-3:: A variation on RAID-5, triple parity. Requires at least 5 disks.
 
 The installer automatically partitions the disks, creates a ZFS pool
-called 'rpool', and installs the root file system on the ZFS subvolume
-'rpool/ROOT/pve-1'.
+called `rpool`, and installs the root file system on the ZFS subvolume
+`rpool/ROOT/pve-1`.
 
-Another subvolume called 'rpool/data' is created to store VM
+Another subvolume called `rpool/data` is created to store VM
 images. In order to use that with the {pve} tools, the installer
-creates the following configuration entry in '/etc/pve/storage.cfg':
+creates the following configuration entry in `/etc/pve/storage.cfg`:
 
 ----
 zfspool: local-zfs
@@ -112,7 +114,7 @@ zfspool: local-zfs
 ----
 
 After installation, you can view your ZFS pool status using the
-'zpool' command:
+`zpool` command:
 
 ----
 # zpool status
@@ -133,9 +135,8 @@ config:
 errors: No known data errors
 ----
 
-The 'zfs' command is used configure and manage your ZFS file
-systems. The following command lists all file systems after
-installation:
+The `zfs` command is used to configure and manage your ZFS file systems. The
+following command lists all file systems after installation:
 
 ----
 # zfs list
@@ -148,18 +149,150 @@ 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 `zpoolconcepts(7)` 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 regard
+to both parameters when writing data. When reading data the performance will
+scale linearly with 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 to 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 to IOPS with a lot of bandwidth. How much bandwidth depends on the
+size of the RAIDZ vdev and the redundancy level.
+
+A 'dRAID' pool should match the performance of an equivalent 'RAIDZ' pool.
+
+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 is 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.
+
+
+ZFS dRAID
+~~~~~~~~~
+
+In a ZFS dRAID (declustered RAID) the hot spare drive(s) participate in the RAID.
+Their spare capacity is reserved and used for rebuilding when one drive fails.
+This provides, depending on the configuration, faster rebuilding compared to a
+RAIDZ in case of drive failure. More information can be found in the official
+OpenZFS documentation. footnote:[OpenZFS dRAID
+https://openzfs.github.io/openzfs-docs/Basic%20Concepts/dRAID%20Howto.html]
+
+NOTE: dRAID is intended for more than 10-15 disks in a dRAID. A RAIDZ
+setup should be better for a lower amount of disks in most use cases.
+
+NOTE: The GUI requires one more disk than the minimum (i.e. dRAID1 needs 3). It
+expects that a spare disk is added as well.
+
+ * `dRAID1` or `dRAID`: requires at least 2 disks, one can fail before data is
+lost
+ * `dRAID2`: requires at least 3 disks, two can fail before data is lost
+ * `dRAID3`: requires at least 4 disks, three can fail before data is lost
+
+
+Additional information can be found on the manual page:
+
+----
+# man zpoolconcepts
+----
+
+Spares and Data
+^^^^^^^^^^^^^^^
+The number of `spares` tells the system how many disks it should keep ready in
+case of a disk failure. The default value is 0 `spares`. Without spares,
+rebuilding won't get any speed benefits.
+
+`data` defines the number of devices in a redundancy group. The default value is
+8. Except when `disks - parity - spares` equal something less than 8, the lower
+number is used. In general, a smaller number of `data` devices leads to higher
+IOPS, better compression ratios and faster resilvering, but defining fewer data
+devices reduces the available storage capacity of the pool.
+
+
 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 partition with UEFI
-boot.
+{pve} uses xref:sysboot_proxmox_boot_tool[`proxmox-boot-tool`] to manage the
+bootloader configuration.
+See the chapter on xref:sysboot[{pve} host bootloaders] for details.
 
 
 ZFS Administration
@@ -167,151 +300,355 @@ ZFS Administration
 
 This section gives you some usage examples for common tasks. ZFS
 itself is really powerful and provides many options. The main commands
-to manage ZFS are 'zfs' and 'zpool'. Both commands comes with great
-manual pages, worth to read:
+to manage ZFS are `zfs` and `zpool`. Both commands come with great
+manual pages, which can be read with:
 
 ----
 # man zpool
 # 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>
+----
+
+[TIP]
+====
+Pool names must adhere to the following rules:
+
+* begin with a letter (a-z or A-Z)
+* contain only alphanumeric, `-`, `_`, `.`, `:` or ` ` (space) characters
+* must *not begin* with one of `mirror`, `raidz`, `draid` or `spare`
+* must not be `log`
+====
+
+To activate compression (see section <<zfs_compression,Compression in ZFS>>):
+
+----
+# zfs set compression=lz4 <pool>
+----
+
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_raid0]]
+Create a new pool with RAID-0
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+
+Minimum 1 disk
+
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device1> <device2>
+----
+
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_raid1]]
+Create a new pool with RAID-1
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+
+Minimum 2 disks
+
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> mirror <device1> <device2>
+----
+
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_raid10]]
+Create a new pool with RAID-10
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+
+Minimum 4 disks
+
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> mirror <device1> <device2> mirror <device3> <device4>
+----
+
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_raidz1]]
+Create a new pool with RAIDZ-1
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+
+Minimum 3 disks
+
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> raidz1 <device1> <device2> <device3>
+----
+
+Create a new pool with RAIDZ-2
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+
+Minimum 4 disks
+
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> raidz2 <device1> <device2> <device3> <device4>
+----
+
+Please read the section for
+xref:sysadmin_zfs_raid_considerations[ZFS RAID Level Considerations]
+to get a rough estimate on how IOPS and bandwidth expectations before setting up
+a pool, especially when wanting to use a RAID-Z mode.
+
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_with_cache]]
+Create a new pool with cache (L2ARC)
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+
+It is possible to use a dedicated device, or partition, as second-level cache to
+increase the performance. Such a cache device will especially help with
+random-read workloads of data that is mostly static. As it acts as additional
+caching layer between the actual storage, and the in-memory ARC, it can also
+help if the ARC must be reduced due to memory constraints.
+
+.Create ZFS pool with a on-disk cache
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device> cache <cache-device>
+----
 
-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.
+Here only a single `<device>` and a single `<cache-device>` was used, but it is
+possible to use more devices, like it's shown in
+xref:sysadmin_zfs_create_new_zpool_raid0[Create a new pool with RAID].
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device>
+Note that for cache devices no mirror or raid modi exist, they are all simply
+accumulated.
 
-To activate the compression 
+If any cache device produces errors on read, ZFS will transparently divert that
+request to the underlying storage layer.
 
- zfs set compression=lz4 <pool>
 
-.Create a new pool with RAID-0
+[[sysadmin_zfs_create_new_zpool_with_log]]
+Create a new pool with log (ZIL)
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-Minimum 1 Disk
+It is possible to use a dedicated drive, or partition, for the ZFS Intent Log
+(ZIL), it is mainly used to provide safe synchronous transactions, so often in
+performance critical paths like databases, or other programs that issue `fsync`
+operations more frequently.
+
+The pool is used as default ZIL location, diverting the ZIL IO load to a
+separate device can, help to reduce transaction latencies while relieving the
+main pool at the same time, increasing overall performance.
+
+For disks to be used as log devices, directly or through a partition, it's
+recommend to:
+
+- use fast SSDs with power-loss protection, as those have much smaller commit
+  latencies.
+
+- Use at least a few GB for the partition (or whole device), but using more than
+  half of your installed memory won't provide you with any real advantage.
+
+.Create ZFS pool with separate log device
+----
+# zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device> log <log-device>
+----
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device1> <device2>
+In above example a single `<device>` and a single `<log-device>` is used, but you
+can also combine this with other RAID variants, as described in the
+xref:sysadmin_zfs_create_new_zpool_raid0[Create a new pool with RAID] section.
 
-.Create a new pool with RAID-1
+You can also mirror the log device to multiple devices, this is mainly useful to
+ensure that performance doesn't immediately degrades if a single log device
+fails.
 
-Minimum 2 Disks
+If all log devices fail the ZFS main pool itself will be used again, until the
+log device(s) get replaced.
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> mirror <device1> <device2>
+[[sysadmin_zfs_add_cache_and_log_dev]]
+Add cache and log to an existing pool
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-.Create a new pool with RAID-10
+If you have a pool without cache and log you can still add both, or just one of
+them, at any time.
 
-Minimum 4 Disks
+For example, let's assume you got a good enterprise SSD with power-loss
+protection that you want to use for improving the overall performance of your
+pool.
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> mirror <device1> <device2> mirror <device3> <device4> 
+As the maximum size of a log device should be about half the size of the
+installed physical memory, it means that the ZIL will mostly likely only take up
+a relatively small part of the SSD, the remaining space can be used as cache.
 
-.Create a new pool with RAIDZ-1
+First you have to create two GPT partitions on the SSD with `parted` or `gdisk`.
 
-Minimum 3 Disks
+Then you're ready to add them to an pool:
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> raidz1 <device1> <device2> <device3>
+.Add both, a separate log device and a second-level cache, to an existing pool
+----
+# zpool add -f <pool> log <device-part1> cache <device-part2>
+----
 
-.Create a new pool with RAIDZ-2
+Just replay `<pool>`, `<device-part1>` and `<device-part2>` with the pool name
+and the two `/dev/disk/by-id/` paths to the partitions.
 
-Minimum 4 Disks
+You can also add ZIL and cache separately.
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> raidz2 <device1> <device2> <device3> <device4>
+.Add a log device to an existing ZFS pool
+----
+# zpool add <pool> log <log-device>
+----
 
-.Create a new pool with Cache (L2ARC)
 
-It is possible to use a dedicated cache drive partition to increase
-the performance (use SSD).
+[[sysadmin_zfs_change_failed_dev]]
+Changing a failed device
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-As '<device>' it is possible to use more devices, like it's shown in
-"Create a new pool with RAID*".
+----
+# zpool replace -f <pool> <old-device> <new-device>
+----
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device> cache <cache_device>
+.Changing a failed bootable device
 
-.Create a new pool with Log (ZIL)
+Depending on how {pve} was installed it is either using `systemd-boot` or GRUB
+through `proxmox-boot-tool` footnote:[Systems installed with {pve} 6.4 or later,
+EFI systems installed with {pve} 5.4 or later] or plain GRUB as bootloader (see
+xref:sysboot[Host Bootloader]). You can check by running:
 
-It is possible to use a dedicated cache drive partition to increase
-the performance(SSD).
+----
+# proxmox-boot-tool status
+----
 
-As '<device>' it is possible to use more devices, like it's shown in
-"Create a new pool with RAID*".
+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.
 
- zpool create -f -o ashift=12 <pool> <device> log <log_device>
+----
+# sgdisk <healthy bootable device> -R <new device>
+# sgdisk -G <new device>
+# zpool replace -f <pool> <old zfs partition> <new zfs partition>
+----
 
-.Add Cache and Log to an existing pool
+NOTE: Use the `zpool status -v` command to monitor how far the resilvering
+process of the new disk has progressed.
 
-If you have an pool without cache and log. First partition the SSD in
-2 partition with parted or gdisk
+.With `proxmox-boot-tool`:
 
-IMPORTANT: Always use GPT partition tables (gdisk or parted).
+----
+# proxmox-boot-tool format <new disk's ESP>
+# proxmox-boot-tool init <new disk's ESP> [grub]
+----
 
-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 to the cache.
+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_proxmox_boot_setup[Setting up a new partition for use as synced ESP].
 
- zpool add -f <pool> log <device-part1> cache <device-part2> 
+NOTE: Make sure to pass 'grub' as mode to `proxmox-boot-tool init` if
+`proxmox-boot-tool status` indicates your current disks are using GRUB,
+especially if Secure Boot is enabled!
 
-.Changing a failed Device
+.With plain GRUB:
 
- zpool replace -f <pool> <old device> <new-device>
+----
+# grub-install <new disk>
+----
+NOTE: Plain GRUB is only used on systems installed with {pve} 6.3 or earlier,
+which have not been manually migrated to using `proxmox-boot-tool` yet.
 
 
-Activate E-Mail Notification
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Configure E-Mail Notification
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
-ZFS comes with an event daemon, which monitors events generated by the
-ZFS kernel module. The daemon can also send E-Mails on ZFS event like
-pool errors.
+ZFS comes with an event daemon `ZED`, which monitors events generated by the ZFS
+kernel module. The daemon can also send emails on ZFS events like pool errors.
+Newer ZFS packages ship the daemon in a separate `zfs-zed` package, which should
+already be installed by default in {pve}.
 
-To activate the daemon it is necessary to edit /etc/zfs/zed.d/zed.rc with your favored editor, and uncomment the 'ZED_EMAIL_ADDR' setting:
+You can configure the daemon via the file `/etc/zfs/zed.d/zed.rc` with your
+favorite editor. The required setting for email notification is
+`ZED_EMAIL_ADDR`, which is set to `root` by default.
 
+--------
 ZED_EMAIL_ADDR="root"
+--------
 
-Please note {pve} forwards mails to 'root' to the email address
+Please note {pve} forwards mails to `root` to the email address
 configured for the root user.
 
-IMPORTANT: the only settings that is required is ZED_EMAIL_ADDR. All
-other settings are optional.
 
-
-Limit ZFS memory usage
+[[sysadmin_zfs_limit_memory_usage]]
+Limit ZFS Memory Usage
 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 
-It is good to use maximal 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. For new installations starting with {pve} 8.1, the
+ARC usage limit will be set to '10 %' of the installed physical memory, clamped
+to a maximum of +16 GiB+. This value is written to `/etc/modprobe.d/zfs.conf`.
+
+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.
+
+ZFS also enforces a minimum value of +64 MiB+.
+
+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 (or change if already present) the
+following line to `/etc/modprobe.d/zfs.conf`:
+
+--------
+options zfs zfs_arc_max=8589934592
+--------
+
+This example setting limits the usage to 8 GiB ('8 * 2^30^').
+
+IMPORTANT: In case your desired +zfs_arc_max+ value is lower than or equal to
++zfs_arc_min+ (which defaults to 1/32 of the system memory), +zfs_arc_max+ will
+be ignored unless you also set +zfs_arc_min+ to at most +zfs_arc_max - 1+.
 
- options zfs zfs_arc_max=8589934592
+----
+echo "$[8 * 1024*1024*1024 - 1]" >/sys/module/zfs/parameters/zfs_arc_min
+echo "$[8 * 1024*1024*1024]" >/sys/module/zfs/parameters/zfs_arc_max
+----
 
-This example setting limits the usage to 8GB.
+This example setting (temporarily) limits the usage to 8 GiB ('8 * 2^30^') on
+systems with more than 256 GiB of total memory, where simply setting
++zfs_arc_max+ alone would not work.
 
 [IMPORTANT]
 ====
-If your root fs is ZFS you must update your initramfs every
-time this value changes.
+If your root file system is ZFS, you must update your initramfs every
+time this value changes:
 
- update-initramfs -u
+----
+# update-initramfs -u -k all
+----
+
+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
-'swappiness' value. A good value for servers is 10:
+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 a swap device.
+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 persistence, open '/etc/sysctl.conf' with
+To make the swappiness persistent, open `/etc/sysctl.conf` with
 an editor of your choice and add the following line:
 
- vm.swappiness = 10
+--------
+vm.swappiness = 10
+--------
 
-.Linux Kernel 'swappiness' parameter values
+.Linux kernel `swappiness` parameter values
 [width="100%",cols="<m,2d",options="header"]
 |===========================================================
 | Value               | Strategy
@@ -324,3 +661,218 @@ 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
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+WARNING: Native ZFS encryption in {pve} is experimental. Known limitations and
+issues include Replication with encrypted datasets
+footnote:[https://bugzilla.proxmox.com/show_bug.cgi?id=2350],
+as well as checksum errors when using Snapshots or ZVOLs.
+footnote:[https://github.com/openzfs/zfs/issues/11688]
+
+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 `1M`. 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>
+----