Btrfs文件系统

Last Updated On: April 1, 2020 am

Btrfs文件系统已经逐渐被各种Linux发行版本支持（作为系统分区格式），Btrfs具备CoW（写时复制）的特性，相比于之前的很多文件系统增添了很多特殊的功能，本文对其中的常用功能进行了介绍。
但是由于文件系统操作不当容易丢失数据，操作之前记得做好额外备份。

写时复制

写时复制（Copy-on-write, CoW）指了在多个调用者请求相同资源时，只有在某个调用者试图修改资源的内容时，系统才会为其复制一份专用副本。这样没有写操作的时候，就不会有多余的副本被创建。^[1]
CoW的缺点之一在于对于像VM镜像、数据库文件这样的就地更改（updated-in-place）的文件，会导致写入碎片化。^[2]所以对于这一类数据，不妨建一个子卷然后禁用CoW来储存他们。（别忘了修改fstab）

Btrfs默认启用写时复制，要停止使用写时复制，使用nodatacow选项，但是这一更改只会影响新创建的文件，对于已有文件（夹）使用下列命令进行修改，但仍存在一些细节问题，使用前务必参见参考资料中关于此节的详细描述^[3]。

1	chattr +C </path/to/file/or/folder>

子卷（Subvolume）^[4]

Btrfs通过Subvolume来实现在备份时排除某些文件夹。

挂载子卷

通过设置挂载的选项可以挂载指定的子卷：

1	mount -o subvol=<subvol> <device> <mount_path>

子卷的修改操作

列出子卷

1	btrfs subvolume list -p path

使用后会列出对应path下的所有子卷，其数量可能会很多，因为所有的快照也以subvolume的形式储存，有意思的是Docker镜像也被保存为了subvolume：

创建子卷

1	btrfs subvolume create </path/to/subvolume>

这里的path指的是子卷的绝对路径，比如当前挂载了@到/mnt/@目录下，则使用路径/mnt/@/home创建出来的子卷为@/home。

删除子卷

1	btrfs subvolume delete /path/to/subvolume

如果只移除文件目录，而不使用btrfs subvolume delete命令并不会真正删除一个子卷。

默认子卷

# 获取默认子卷
btrfs subvolume get-default /
# 设置默认子卷
btrfs subvolume set-default <subvolume-id> /

临时挂载

# 使用路径挂载
mount -t btrfs -o subvol=<subvolume> </mount/point>
# 使用id挂载
mount -t btrfs -o subvolid=<id> </dev/device> </mount/point>

Btrfs子卷组织形式的探究^[5]

在openSUSE中查看当前的Btrfs的子卷，可能会显示大量的子卷，因为snapshot实际也是通过子卷来实现的，另外值得注意的是Docker镜像也被作为snapshot独立开了：

~$ sudo btrfs subvolume list /
ID 256 gen 90 top level 5 path @
ID 257 gen 113574 top level 256 path @/var
...
ID 263 gen 113574 top level 256 path @/home
ID 266 gen 112569 top level 256 path @/.snapshots
ID 298 gen 98293 top level 257 path @/var/lib/docker/btrfs/subvolumes/ce11ad5...    # docker镜像
...

其中@代表了文件系统的根（rootfs），但事实上它也仍然是一个snapshot，最顶层的卷是以0为标号的子卷，不过通常不使用。
同时默认的/同样也不是@子卷，一般也是某一个子卷，只是默认被挂载为了/，通过查看默认子卷可以得知：

1 2	~$ btrfs subvolume get-default / ID 267 gen 113599 top level 266 path @/.snapshots/1/snapshot # 一个snapshot被作为默认子卷，挂载为了文件系统的 `/` 目录

可见当前系统的/实际上是一个路径为@/.snapshots/1/snapshot的子卷，真正的@在openSUSE中是隔离开的，作为独立的根来储存需要永久保存的子卷。

创建子卷的正规步骤

正如上述讨论，由于目前的系统目录也是一个（临时）快照。
如果我们此时要创建一个子卷，不可以建立在一个一个已有的快照下，否则在进行rollback操作后就不能再删除这个子卷了。正确的操作因该是将这个子卷建立在@子卷下。

1
2
3

sudo mount /dev/sda2 -o subvol=@ /mnt
sudo btrfs subvolume create /mnt/usr/important
sudo umount /mnt

快照

Btrfs的快照是建立在其“写时复制”的功能基础上的。
创建快照可以使用如下命令：

1	btrfs subvolume snapshot </path/to/source> </path/to/dest>

对于openSUSE，目标目录通常为/.shapshots，这一目录为默认的统一存放快照的目录。
另外添加参数-r可以创建只读快照，在只读快照上再创建一个快照可以获得只读快照的一个可写版本。

注意快照不是递归包含的，意味着子卷里的子卷在快照中会是空目录。
这也是为什么openSUSE下部分目录被排除在默认的snapper备份之外：它们都被创建为了额外的子卷，由于上述非递归性，他们在对/创建的快照中均被忽略了。

Btrfs启用压缩^[6]

在openSUSE中是支持Btrfs的压缩功能的，通过mount的参数可以启用压缩：

1	mount -o compress </dev/sdx> </mount/point>

compress的默认规则是：如果你创建了一个文件，Btrfs压缩后发现压缩率低，那对于之后的写入它都不再会进行压缩。如果不希望这样，可以使用compress-force。
对于已经写入的文件，均不会被压缩，压缩仅对新写入的文件有效。

压缩有三种算法可选：

lzo：压缩率低但是CPU资源占用少。
zlib：压缩率高但是资源占用多。
zstd：旧版本内核和GRUB引导对其缺乏支持，暂时忽略。

在fstab中永久启用压缩，并指定压缩算法（算法以不指定）：

1	UUID=1a2b3c4d /home btrfs subvol=@/home,compress=lzo 0 0

使用snapper进行管理^[7]

snapper通过一系列的配置来管理Btrfs分区，配置文件默认位于/etc/snapper/configs/下。
默认的方案只为/创建快照，且内容还要排除名下的子卷。

创建一个新的配置

1	sudo snapper -c <config-name> create-config </path>

这一操作会创建一个快照并从/etc/snapper/config-templates/default获取一套默认配置。

配置快照的设置

见openSUSE相关文档的对应章节，以获得更准确的信息。

使用snapper -c home set-config "<KEY>=<value>"来修改设置。

Linux

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