Ubuntu ZFSレプリケーション — zfs send/receiveでオフサイトバックアップ

ZFS とは — なぜバックアップに向いているか

ZFS（Zettabyte File System）は Sun Microsystems が開発したファイルシステムで、現在は OpenZFS プロジェクトとして Ubuntu を含む主要 Linux ディストリビューションで利用できます。

バックアップ用途で特に重要な機能が スナップショット と レプリケーション（send/receive） です。スナップショットはデータセットのある瞬間の状態を保存するもので、作成にかかる時間はほぼゼロ。そして zfs send を使うと、スナップショットをバイナリストリームとして出力し、SSH 経由でリモートサーバーに転送できます。

Ubuntu 24.04 に ZFS をインストールする

前提環境

Ubuntu 24.04 では zfsutils-linux が公式リポジトリに含まれており、追加設定なしで apt からインストールできます。

インストールされた zfsutils-linux 2.2.2-0ubuntu9.4 は ubuntu:24.04 Docker 公式イメージで実際に確認したバージョンです。Ubuntu 22.04 では 2.1.5 系が入るため、新機能（vdev 圧縮強化・scrub 設定の改善等）を使うには 24.04 が推奨です。

ZFS カーネルモジュールが正しく読み込まれているか確認します。

ZFS プールとデータセットを作成する

ZFS でデータを管理するには、まず プール（zpool） を作成し、その上に データセット を乗せます。プールはディスクの集合体、データセットはその中の論理的な区画だと思ってください。

手順1：プールを作成する

正直、ここだけは順番を間違えると後で直すのが面倒です。プール名は短くシンプルにしておきましょう（datapool、storage など）。後から変更するとスナップショットやレプリケーションの設定もすべて書き直しになります。

手順2：データセットを作成する

データセットは /datapool/webdata のように自動的にマウントされます。データを置いてから次のステップでスナップショットを取ります。

スナップショットを作成・一覧表示する

スナップショットは データセット名@スナップショット名 の形式で名前をつけます。日付を入れるのが一般的です。

スナップショットを取った直後は USED が 0 です。その後データが変更されると「変更された分」だけ USED が増えていきます。つまりスナップショットは「差分データ」だけを保存する仕組みなので、一般的なバックアップツールより容量効率が高いです。

zfs send/receive の基本（ローカルコピー）

まずリモート転送の前に、同一サーバー内での zfs send | zfs receive の動きを確認しておきましょう。

-F オプション（force）は受信先にすでに同名データセットがある場合に強制上書きします。初回転送時は不要ですが、付けておく習慣にしておくとスクリプト化したときにエラーが出にくいです。

SSH 鍵を用意してバックアップサーバーと接続する

オフサイトへの転送は SSH 経由が最も一般的です。パスワードなし（公開鍵認証）で接続できるよう設定しておく必要があります。

手順1：プライマリサーバーで ed25519 鍵を生成する

ubuntu:24.04 コンテナ内で実際に ssh-keygen を実行し、OpenSSH_9.6p1 Ubuntu-3ubuntu13.16、フィンガープリント SHA256:Z7P4//5pTsKMKM7mXMXmlvd4vV/... を確認しました。

手順2：バックアップサーバーに公開鍵を配置する

手順3：SSH コンフィグを書いておくと便利

初回：完全レプリケーション（SSH 転送）

バックアップサーバー側にも zfsutils-linux がインストールされ、受信先のプール（例：backuppool）が作成済みであることを前提にします。

転送量が多いときは pv（pipe viewer）を挟むと進捗が見えます。

2回目以降：差分レプリケーション

ここが ZFS レプリケーションの最大の強みです。前回と今回のスナップショット差分だけを転送するため、毎回フルコピーする必要がありません。

差分が 4.2M だとすれば、前日からの変更はわずか 4MB だったということです。フルコピーの 512MB と比べると転送量が 100 分の 1 以下になっています。

再帰的にまとめて送る（-R オプション）

プール配下の全データセットをまとめてレプリケーションするには -R を使います。

cron で定期自動化する

毎日自動でバックアップするスクリプトを作成し、cron に登録します。

手順1：レプリケーションスクリプトを作る

#!/bin/bash
# ZFS 差分レプリケーションスクリプト
# 毎日 02:00 に cron から呼ぶ

DATASET="datapool/webdata"
BACKUP_HOST="zfsbackup"
BACKUP_DEST="backuppool/webdata"
DATE=$(date +%Y-%m-%d)
PREV_DATE=$(date -d "yesterday" +%Y-%m-%d)
LOG="/var/log/zfs-replicate.log"

echo "$(date): レプリケーション開始" >> "$LOG"

# スナップショット作成
zfs snapshot "${DATASET}@${DATE}" 2>>"$LOG"

# 差分転送（前日のスナップショットとの差分）
if zfs list -t snapshot "${DATASET}@${PREV_DATE}" &>/dev/null; then
    zfs send -i "${DATASET}@${PREV_DATE}" "${DATASET}@${DATE}" | \
        ssh "$BACKUP_HOST" "sudo zfs receive -F ${BACKUP_DEST}" 2>>"$LOG"
    echo "$(date): 差分レプリケーション完了 (${PREV_DATE} → ${DATE})" >> "$LOG"
else
    zfs send "${DATASET}@${DATE}" | \
        ssh "$BACKUP_HOST" "sudo zfs receive -F ${BACKUP_DEST}" 2>>"$LOG"
    echo "$(date): フルレプリケーション完了 (${DATE})" >> "$LOG"
fi

# 30日以上前のスナップショットを削除
zfs list -t snapshot -o name "${DATASET}" | \
    grep "@20" | \
    head -n -30 | \
    xargs -I{} zfs destroy {} 2>>"$LOG"

echo "$(date): 完了" >> "$LOG"

手順2：cron に登録する

# 毎日 02:00 に ZFS レプリケーション実行
0 2 * * * /usr/local/bin/zfs-replicate.sh

ZFS の systemd ユニット — scrub と trim の自動化

zfsutils-linux をインストールすると、データ整合性チェック（scrub）とディスク最適化（trim）の systemd タイマーが自動的に配置されます。ubuntu:24.04 コンテナで実際に確認した結果がこちらです。

実測した systemd ユニットの一覧には zfs-scrub-weekly@.timer（週次整合性チェック）と zfs-trim-monthly@.timer（月次 SSD trim）が含まれており、特別な設定なしで定期メンテナンスが自動実行されます。scrub repaired 0B ... with 0 errors と出れば問題なしです。

よくあるエラーと解決策

①「cannot receive: failed to read from stream」

②「cannot receive: destination has snapshots」

③「modprobe: FATAL: Module zfs not found」

④「cannot open ‘backuppool/webdata’: dataset does not exist」

まとめ

Ubuntu 24.04 LTS での ZFS send/receive を使ったオフサイトバックアップをまとめます。

ZFS send/receive は rsync と違い、ファイルシステムレベルで丸ごとレプリケーションします。パーミッション・タイムスタンプ・特殊ファイルもすべて含まれるため、「バックアップから完全に元の状態に戻す」ことが確実にできます。VPS でバックアップを本格運用したい方には非常に強力な選択肢です。

VPS 選びで迷っている方は （国内VPS比較記事）もあわせてご覧ください。