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Fondamentaux de ZFS

Documentation rédigée par : GADONNAUD Ewen

Formation : BTS SIO 1ère année - Option SISR

Établissement : Lycée Paul-Louis Courier, Tours

Date : Mars 2026

Environnement : Solaris 10 05/09 (Sun Microsystems) — VirtualBox 7.x — Windows 11

ZFS a été inventé par Sun Microsystems en 2006. Cette documentation est réalisée sur Solaris 10, le système d'exploitation original sur lequel ZFS a été conçu afin d'obtenir une expérience d'apprentissage en conditions authentiques.

1. Présentation de ZFS

ZFS (Zettabyte File System) est un système de fichiers développé par Sun Microsystems, introduit dans Solaris 10 en 2006. Il se distingue des systèmes de fichiers classiques (ext4, NTFS) par une approche radicalement différente : ZFS fusionne le gestionnaire de volumes et le système de fichiers en une seule couche.

Ce qui rend ZFS unique

Fonctionnalité	ZFS	ext4 / NTFS
Intégrité des données (checksums)	✅ Sur chaque bloc	❌ Inexistant
Snapshots natifs	✅ Instantanés, sans coût	❌ Inexistant nativement
RAID intégré (RAIDZ)	✅ Oui	❌ Non
Compression transparente	✅ Par dataset	❌ Non
Rollback instantané	✅ Oui	❌ Impossible
Détection de corruption silencieuse	✅ Oui	❌ Non

Le principe fondamental : Copy-on-Write (CoW)

ZFS ne modifie jamais les données en place. Lors d'une écriture :

Les nouvelles données sont écrites dans un nouvel emplacement libre.
Les pointeurs sont mis à jour pour pointer vers les nouvelles données.
Les anciennes données restent intactes jusqu'à libération explicite.

C'est ce mécanisme qui rend les snapshots instantanés et gratuits : un snapshot, c'est simplement “geler les pointeurs actuels”.

2. Architecture : la hiérarchie ZFS

Disques physiques
       ↓
    zpool  (ex: monpool)
       ↓
    vdevs  (mirror, raidz, stripe...)
       ↓
  datasets  (monpool/data, monpool/backups...)
       ↓
snapshots / clones

Le Pool (zpool)

Le pool est la couche de base, il regroupe les disques physiques. Plusieurs modes de redondance sont disponibles :

Mode	Description	Disques minimum	Espace utile
stripe	Pas de redondance, perf maximale	1	100%
mirror	Copie identique sur 2 disques	2	50%
RAIDZ1	Équivalent RAID-5, tolère 1 panne	3	(n-1) × taille
RAIDZ2	Équivalent RAID-6, tolère 2 pannes	4	(n-2) × taille

RAIDZ vs RAID-5 classique : RAIDZ résout le “write hole” du RAID-5, un problème de corruption silencieuse lors d'un crash pendant une écriture. Grâce au CoW, ce scénario n'existe pas dans ZFS.

Le Dataset

Un dataset vit dans un pool et possède ses propres propriétés (compression, quota, etc.). Les propriétés sont héritées par les datasets enfants.

monpool/           ← pool racine
monpool/data       ← dataset
monpool/backups    ← dataset
monpool/data/logs  ← dataset enfant (hérite des propriétés de data)

3. Mise en pratique

Environnement

Système : Solaris 10 05/09 sous VirtualBox
Pool : 3 disques virtuels SATA de 10 Go chacun
Disques détectés : c2t0d0, c2t1d0, c2t2d0

Sur Solaris, après ajout de disques à chaud, la commande devfsadm est nécessaire pour que le système les détecte.

Création du pool RAIDZ1

zpool create monpool raidz /dev/dsk/c2t0d0 /dev/dsk/c2t1d0 /dev/dsk/c2t2d0

Vérification :

zpool status monpool
zpool list

Résultat obtenu :

NAME      SIZE   USED  AVAIL  CAP  HEALTH  ALTROOT
monpool  29,8G  189K  29,7G   0%  ONLINE  -

Les 3 disques de 10 Go donnent ~20 Go utiles (1 disque de parité en RAIDZ1).
Le pool est monté automatiquement sur /monpool.

Création de datasets

zfs create monpool/data
zfs create monpool/backups
zfs list

Résultat :

NAME               USED   AVAIL  REFER  MOUNTPOINT
monpool           185K   19,5G  25,3K  /monpool
monpool/backups    24K   19,5G  24,0K  /monpool/backups
monpool/data       24K   19,5G  24,0K  /monpool/data

Les deux datasets partagent les 19,5 Go disponibles — pas de quota fixe par défaut. L'espace est alloué dynamiquement.

Compression

ZFS supporte plusieurs algorithmes de compression transparente, activables par dataset :

Algorithme	Taux	CPU	Usage recommandé
lzjb	Moyen	Quasi nul	Données actives (Solaris 10)
gzip-6	Bon	Modéré	Usage général
gzip-9	Excellent	Élevé	Archives, backups, données froides
lz4	Bon	Quasi nul	Données actives (OpenZFS moderne)
zstd	Excellent	Faible	Recommandé (OpenZFS moderne)

Sur Solaris 10, les algorithmes disponibles sont : on \| off \| lzjb \| gzip \| gzip-[1-9]. lz4 et zstd sont apparus plus tard dans OpenZFS.

Configuration appliquée :

zfs set compression=lzjb monpool/data       # données actives → algo rapide
zfs set compression=gzip-9 monpool/backups  # backups → compression maximale
 
zfs get compression monpool/data monpool/backups

NAME              PROPERTY     VALUE   SOURCE
monpool/backups   compression  gzip-9  local
monpool/data      compression  lzjb    local

La valeur local indique que la propriété est définie directement sur le dataset. Un dataset enfant hériterait automatiquement de cette propriété.

Quotas

Les quotas permettent de limiter l'espace consommé par un dataset :

zfs set quota=5g monpool/data
zfs get quota monpool/data

4. Snapshots

Un snapshot est une photo instantanée de l'état d'un dataset à un instant T. Grâce au CoW, il est créé instantanément et ne consomme aucun espace au moment de sa création — il grandit seulement au fur et à mesure que les données originales sont modifiées.

Création et rollback

# Copie de fichiers test
cp /etc/passwd /monpool/data/
cp /etc/hosts /monpool/data/
 
# Snapshot de l'état actuel
zfs snapshot monpool/data@v1
 
# Suppression des fichiers
rm /monpool/data/passwd /monpool/data/hosts
 
# Rollback instantané vers le snapshot
zfs rollback monpool/data@v1
 
# Les fichiers sont de retour
ls /monpool/data/
hosts  passwd

Le rollback ne réécrit aucune donnée — il repositionne simplement les pointeurs vers l'état du snapshot. L'opération est instantanée quelle que soit la taille du dataset.

5. Clones

Un clone est un dataset inscriptible créé à partir d'un snapshot. Contrairement à une copie classique :

Au moment de la création, le clone partage les mêmes blocs physiques que le snapshot — zéro espace supplémentaire consommé.
Le CoW entre en jeu uniquement lors d'une écriture dans le clone.

Création d'un clone

zfs clone monpool/data@v1 monpool/data-clone
ls /monpool/data-clone/
hosts  passwd

Vérification de l'espace partagé

zfs list -o name,used,refer monpool/data@v1 monpool/data-clone

NAME                  USED   REFER
monpool/data@v1      21,3K  27,3K
monpool/data-clone   23,3K  28,0K

Les blocs de hosts et passwd sont partagés entre le snapshot et le clone — ils ne comptent pas deux fois sur le disque.

Cas d'usage en production : cloner un snapshot d'une base de données de 500 Go pour un environnement de test prend quelques secondes et quasiment aucun espace, tant que les données ne divergent pas.

6. Vérification d'intégrité : zpool scrub

Le scrub est le mécanisme de vérification d'intégrité de ZFS. Il lit chaque bloc du pool, recalcule les checksums et les compare. Sur un pool miroir ou RAIDZ, il peut autocorriger les erreurs en lisant la copie saine.

zpool scrub monpool
zpool status monpool