ZFS : pool, vdev, dataset, compression et ARC

ZFS est à la fois un système de fichiers et un gestionnaire de volumes : il regroupe les disques en un pool, les protège par des miroirs ou des parités appelés RAIDZ, et découpe l'espace du pool en datasets (des systèmes de fichiers) et en zvols (des disques virtuels). Il vérifie chaque bloc lu grâce à une somme de contrôle et ne réécrit jamais une donnée en place, ce qui rend les snapshots instantanés. Ce chapitre explique ces mécanismes, l'organisation d'un pool et les réglages qui comptent, avec les commandes qui permettent de les lire.

Un système de fichiers qui gère aussi les disques

Sur un serveur Linux classique, trois couches se superposent : le RAID (matériel ou mdadm), le gestionnaire de volumes (LVM), le système de fichiers (ext4, XFS). Chacune ignore ce que font les autres : le système de fichiers ne sait pas sur quel disque se trouve un bloc, le RAID ne sait pas quels blocs contiennent des données utiles. ZFS fait les trois à la fois. Né chez Sun Microsystems en 2005, il est développé aujourd'hui par le projet libre OpenZFS, utilisé par TrueNAS, Proxmox VE, FreeBSD et Ubuntu. TrueNAS 25.10 embarque OpenZFS 2.3 ; Proxmox VE 9.2, OpenZFS 2.4.

Copy-on-write et sommes de contrôle

Le copy-on-write. ZFS ne modifie jamais un bloc en place. Pour changer une donnée, il écrit la nouvelle version dans un bloc libre, puis met à jour les pointeurs qui y mènent, jusqu'à la racine de l'arbre, en une seule opération atomique. Deux conséquences :

• le système de fichiers est toujours cohérent sur le disque : une coupure de courant au milieu d'une écriture laisse l'ancienne version intacte ; il n'y a pas de fsck à lancer au redémarrage ;
• garder l'ancienne version ne coûte rien : il suffit de ne pas libérer ses blocs. C'est exactement ce qu'est un snapshot (chapitre 9).

Les sommes de contrôle. Chaque bloc est accompagné d'une somme de contrôle (checksum) rangée dans le bloc parent. À chaque lecture, ZFS recalcule la somme et la compare. Si elle diffère, le bloc est corrompu : un secteur abîmé, un câble défectueux, un bit retourné. ZFS lit alors la copie du miroir ou reconstruit le bloc à partir de la parité, renvoie la bonne donnée à l'application et répare le bloc fautif. C'est l'autoréparation. Un RAID classique, lui, ne sait pas quelle copie est la bonne quand deux copies diffèrent.

Pool, vdev et disques

Trois niveaux s'emboîtent.

• Le disque : un disque dur ou un SSD entier.
• Le vdev (virtual device) : un groupe de disques avec sa redondance. C'est au niveau du vdev que se joue la tolérance de panne.
• Le pool (ou zpool) : l'ensemble des vdevs. ZFS répartit les données entre tous les vdevs du pool, comme un RAID 0 de vdevs. L'espace du pool est commun à tous ses datasets.

Le dRAID (RAIDZ distribué) répartit l'espace de secours sur tous les disques pour reconstruire beaucoup plus vite ; il vise les grandes baies de plusieurs dizaines de disques, pas un NAS de PME.

Plusieurs vdevs dans un pool. Deux miroirs de deux SSD forment un pool d'un seul tenant dont la capacité est celle de deux SSD, et dont les IOPS s'additionnent : chaque vdev traite ses propres accès. Pour les IOPS, retiens qu'un vdev RAIDZ offre à peu près les IOPS d'un seul disque, quel que soit son nombre de disques, alors que plusieurs miroirs les multiplient. D'où la règle d'usage : RAIDZ2 pour la capacité (archives, partages), miroirs pour les IOPS (disques de VM). C'est exactement le choix de Sorbier : un pool tank en RAIDZ2 de six disques durs, un pool vms de deux miroirs de SSD.

Les vdevs de soutien. À côté des vdevs de données, un pool peut recevoir des vdevs spécialisés.

Pour un NAS de PME, aucun n'est indispensable : une bonne quantité de RAM fait plus pour les performances qu'un cache L2ARC.

Faire grandir un pool

Un pool ZFS peut grandir de trois façons :

1. Ajouter un vdev de même organisation : un second RAIDZ2 de six disques double la capacité de tank. C'est la méthode classique, et la raison des emplacements libres dans le serveur de Sorbier.
2. Élargir un vdev RAIDZ d'un disque à la fois. L'expansion de RAIDZ est arrivée avec OpenZFS 2.3 ; dans TrueNAS, elle s'appelle Extend, dans l'écran de gestion des vdevs du pool. Les données déjà écrites gardent leur ancien rapport données/parité jusqu'à ce qu'elles soient réécrites.
3. Remplacer tous les disques d'un vdev par des plus gros, un par un, en attendant chaque reconstruction : quand le dernier est remplacé, le vdev prend la nouvelle taille.

On ne peut en revanche pas facilement retirer un vdev : le retrait ne fonctionne qu'avec des pools composés de disques seuls et de miroirs, jamais dès qu'un vdev RAIDZ est présent. On ne transforme pas non plus un RAIDZ1 en RAIDZ2. Une erreur d'organisation se corrige en copiant les données ailleurs et en recréant le pool : réfléchis avant de cliquer.

Datasets et zvols

Un dataset est un système de fichiers ZFS, créé dans un pool. Les datasets forment une arborescence : tank/partages/linux est un enfant de tank/partages. Chaque dataset a ses propres réglages (compression, quotas, droits), hérités du parent sauf s'il les redéfinit, et ses propres snapshots. Tous se partagent l'espace libre du pool : il n'y a pas de partition à dimensionner. Sur TrueNAS, un dataset est monté sous /mnt/<pool>/<dataset>, par exemple /mnt/tank/archives.

Un zvol est un volume en mode bloc créé dans un pool : un disque virtuel de taille fixe, sans système de fichiers ZFS au-dessus. C'est ce qu'on présente en iSCSI (chapitre 8) et ce que Proxmox VE utilise pour les disques de VM sur un stockage ZFS local. Le client formate le zvol comme il veut.

Les propriétés qui comptent

Compression ou pas ? La compression ne gagne rien sur ce qui est déjà compressé : PDF, JPEG, vidéos, archives ZIP, sauvegardes chiffrées. Sur des disques de VM, des documents bureautiques ou des journaux, elle gagne souvent 30 % ou plus. La propriété compressratio affiche le résultat réel : sur les archives PDF de Sorbier, elle plafonne à 1,02x, contre 1,4x sur les disques des VM. Comme LZ4 abandonne très vite la compression d'un bloc qu'il n'arrive pas à réduire, la laisser activée ne coûte rien.

L'ARC : la RAM comme cache

ZFS garde en mémoire les données et les métadonnées récemment ou fréquemment lues, dans un cache appelé ARC (Adaptive Replacement Cache). L'ARC équilibre deux listes, les blocs utilisés récemment et les blocs utilisés souvent, pour qu'une lecture massive ponctuelle (une sauvegarde qui lit tout) ne chasse pas du cache les données vraiment utiles. Par défaut, OpenZFS laisse l'ARC grandir jusqu'à presque toute la mémoire (la plus grande des deux valeurs : la RAM moins 1 Gio, ou 5/8 de la RAM), et le rend quand le système en a besoin.

Lire l'état d'un pool en ligne de commande

Sur TrueNAS, tout se fait dans l'interface web : un pool créé à la main en ligne de commande ne serait pas connu du logiciel de gestion. Les commandes ZFS restent indispensables pour lire l'état du stockage et pour comprendre ce que fait l'interface. Elles se tapent dans System > Shell, ou en SSH si tu l'as activé.

zpool status tank

  pool: tank
 state: ONLINE
  scan: scrub repaired 0B in 05:12:44 with 0 errors on Sun Nov  1 05:12:44 2026
config:

	NAME                                      STATE     READ WRITE CKSUM
	tank                                      ONLINE       0     0     0
	  raidz2-0                                ONLINE       0     0     0
	    6f1c2a7e-3b4d-4e8f-9a0b-1c2d3e4f5a61  ONLINE       0     0     0
	    0b9e4d21-77c3-4a5e-8f10-2e3d4c5b6a72  ONLINE       0     0     0
	    c4d5e6f7-1a2b-4c3d-9e8f-3a4b5c6d7e83  ONLINE       0     0     0
	    5e6f7a8b-2c3d-4e5f-8a9b-4c5d6e7f8a94  ONLINE       0     0     0
	    a1b2c3d4-3e4f-4a5b-9c8d-5e6f7a8b9ca5  ONLINE       0     0     0
	    d7e8f9a0-4f5a-4b6c-8d9e-6f7a8b9cadb6  ONLINE       0     0     0

errors: No known data errors

Lis-le de haut en bas : l'état du pool (ONLINE, DEGRADED, FAULTED), le dernier scrub (une vérification complète, chapitre 11), puis chaque vdev et chaque disque, désigné par l'identifiant de sa partition. Les trois colonnes comptent les erreurs de lecture, d'écriture et de somme de contrôle : elles doivent rester à 0.

zfs list -r -o name,used,avail,refer,mountpoint tank

NAME                        USED  AVAIL  REFER  MOUNTPOINT
tank                       9.21T  18.9T   256K  /mnt/tank
tank/archives              8.95T  18.9T  8.95T  /mnt/tank/archives
tank/partages               212G  18.9T   140K  /mnt/tank/partages
tank/partages/linux         212G  18.9T   212G  /mnt/tank/partages/linux
tank/proxmox               61.4G  18.9T   140K  /mnt/tank/proxmox
tank/proxmox/iso           24.8G  18.9T  24.8G  /mnt/tank/proxmox/iso
tank/proxmox/sauvegardes   36.6G  18.9T  36.6G  /mnt/tank/proxmox/sauvegardes

USED est l'espace occupé par le dataset, ses enfants et ses snapshots ; REFER, les données visibles du dataset lui-même ; AVAIL, l'espace libre, commun à tous. Les unités sont binaires : T signifie TiB.

Exercices

  pool: tank
 state: ONLINE
status: One or more devices has experienced an unrecoverable error.  An
	attempt was made to correct the error.  Applications are unaffected.
  scan: scrub repaired 1.25M in 05:20:11 with 0 errors on Sun Nov  1 05:20:11 2026
config:

	NAME                                      STATE     READ WRITE CKSUM
	tank                                      ONLINE       0     0     0
	  raidz2-0                                ONLINE       0     0     0
	    6f1c2a7e-3b4d-4e8f-9a0b-1c2d3e4f5a61  ONLINE       0     0     0
	    0b9e4d21-77c3-4a5e-8f10-2e3d4c5b6a72  ONLINE       0     0    14
	    c4d5e6f7-1a2b-4c3d-9e8f-3a4b5c6d7e83  ONLINE       0     0     0