AF Drives

折腾了一下 neptune 上的 ZFS

我一直是非常反对重装系统的。从技术上说，今天的折腾并不算是重装系统，不过因为把机器上所有的数据（是的，文件系统全部都拆掉重建了）都重写了一遍，所以还是算做了一次吧。

缘起

在采购 家里的路由器 的时候，选择了 WD 的 AV-25【1】 系列硬盘。我选的那款硬盘使用的是新式的 AF （4kiB扇区）格式。

FreeBSD 使用的主流文件系统 UFS 和 ZFS，以及 ahci(4) 驱动都 直接支持 4kiB 扇区。但是，目前市面上的AF硬盘，为了与先前的 BIOS 和操作系统（主要是 Windows XP）兼容，对于 ATA IDENTIFY 的回应，原先返回扇区尺寸的位置变成了逻辑扇区尺寸，这种做法俗称512e，即硬盘通过固件或其他方式模拟山区尺寸为512字节，并处理相关的回写操作。

以512字节为单位进行读写时，在AF格式的硬盘上是低效的。FreeBSD的 ahci(4) 驱动和对应的 ada(4) 驱动会设置 stripesize 以反映驱动器采用的实际物理扇区尺寸，但文件系统并不直接识别这个尺寸。

对于 ZFS 而言，其扇区尺寸是在创建时以 ashift 值写死的，目前在命令行没有办法指定这个值，也不能在创建 ZFS 之后修改。如果修改内核令其使用 GEOM 的 stripesize 来产生 ashift，对 AF 硬盘则会出现内核得到的 ashift 比先前已经存在的 ashift 大，从而导致 ZFS 无法识别的问题（如果创建 ZFS 时已经使用了更大的 ashift 则没有关系）。因此，必须想办法让 ZFS 在创建时就知道扇区尺寸是 4KiB。

FreeBSD 5.3-RELEASE 时新增了一个调试用的 GEOM class —- gnop。可以用它来封装其他 GEOM 对象，并改变扇区尺寸，方法是 gnop create -S 4096 /dev/gpt/store （此处 /dev/gpt/store 是一个按 4k 对齐的 GPT 分区的 label）。gnop会产生一个新的设备节点，/dev/gpt/store.nop，其向系统汇报的扇区尺寸是我们指定的 4096 字节，而不是驱动器汇报的逻辑扇区尺寸 512 字节。

使用这个设备节点创建的 ZFS 就会采用正确的 ashift 值了。

使用 zdb -C pool名字可以检查 ashift 值：对于扇区尺寸为 512 字节的 zpool，其 ashift 是 9，而我们希望的 ashift 值是12。

gnop节点在系统重启以后会消失，但 ZFS 会记住 ashift，因此并不会导致问题。此处也可以 zpool export，gnop destroy /dev/gpt/store.nop 然后再 zpool import 来验证。

经测试，ZFS在知道正确的扇区尺寸以后，持续写操作的性能可以提高至少一倍。