Linux学习笔记：btrfs

Posted 2020-09-19

btrfs
    Technical Preview, 技术预览版
    BtrFS（B-tree文件系统，又称为Butter FS或Better FS），2007由oracle开源后，得到了IBM、intel等厂商的大力支持，其目标计划是替代linux目前的ext3/4，成为下一代linux标准的文件系统。
    运行在linux上，并遵循GPL协议的强大文件系统。在2014年8月发布了稳定版。

    btrfs的特性：
        1.可扩展性：
            1) ext系列文件系统使用块位图来保存每个块空闲与否的信息（每个块用一个位来表示是否空闲），当容量扩展时，块位图所占的空间会线性的增加，试想一下如果快位图变得很大时，那么查找空闲块就需要大量的时间；BtrFS管理磁盘空间的最小单位是extent，一个extent由一组连续的block组成，extent由extent树进行管理，因此相比ext系列10个块需要10个bit来表示，btrfs只需要一个extent就可以，因此减少了元数据的量。对于大文件，extent表现出更加优异的管理性能。

            2) ext系统inode是预分配的且大小固定，比如，100G的分区中，inode table只能存放131072个inode，意味着不可能创建131072个文件；同时， inode分配过小，容易导致磁盘空间无法充分利用，过大，容易造成磁盘空间浪费；btrfs为了解决这个问题，使用了动态分配inode，如下图，每个inode只是FS tree中的一个节点，用户可以无限制地任意插入新的inode，其物理存储位置是动态分配的，所以没有对文件个数的限制。

        2.多物理卷支持：
        btrfs可以跨越多个物理磁盘设备，动态的增加/减少设备来达到扩容/缩容的目的，技术上还支持（raid0、raid1、raid5、raid10等特性），以及联机“添加”、“移除”以及“修改”
        
        3.写时复制更新机制(CoW)：
            复制、更新及替换指针，而非“就地”更新；btrfs的数据一致性是通过COW(Copy On Write)事务来保证的，所谓COW，即每次写磁盘数据时，先当前块数据复制到一个新块，然后在新块上进行更新写入，当新块写入完成时，只需将原来指向旧块的指针指向新块。

        4.数据及元数据校验码：checksum
            btrfs的另一特点是使用checksum来保证数据的可靠性，假设从磁盘读取一个块数据，可以通过比较其checksum来判断数据是否完整，其他文件系统在文件系统级别上是无法得知数据是否损坏的；同时由于checksum数据存储在checksum树的节点上，与块数据是分开管理的，这样的好处是能避免checksum和数据保存在同一个块的时候，文件系统上层获取了一个错误位置的块时无从得知（因为checksum只计算块数据是否完整而不是数据应该存在哪个块，只要块内数据并无损坏，checksum永远都是正确的）

        5.子卷：sub_volume
            在一个文件系统（或逻辑卷）上创建子卷，并没有层级限制，并且所有卷的空间大小都是可以动态调整的。其应用场景是可以为每个用户分配一个单独隔离的卷空间，来达到权限控制和配额管理的目的。

        6.快照：支持快照的快照

        7.透明压缩，隐形压缩：

mkfs.btrfs
    选项：
         -L|--label <name>：为即将创建的btrfs文件系统指定卷标
         -d|--data <type>：为数据存储指定类型；可以选择的类型有：raid0, raid1, raid5, raid6, raid10 or single
         -m|--metadata <profile>：指定元数据的存储方式；可以选择的类型有：raid0, raid1, raid5, raid6, raid10, single or dup
         -O|--features <feature1>[,<feature2>...]：指定btrfs文件系统的特性，如果想要查看哪些特性，可以使用命令：mkfs.btrfs -O list-all

可以用支持btrfs文件系统的mount命令中使用下列方式开启透明压缩功能：
    mount -o compress={lzo|zlib} DEVICE MOUNT_POINT

btrfs
    btrfs - control a btrfs filesystem
    btrfs <command> [<args>]

    btrfs filesystem show
        查看btrfs文件系统的详细属性；

    btrfs filesystem df MOUNT_POINT
        查看文件系统的挂载和使用情况
            例：btrfs filesystem df /mnt/btrfs/

在线修改文件系统大小：
    btrfs filesystem resize {+|-}SIZE[KkMmGgTtPpEe] MOUNT_POINT

        例：btrfs filesystem resize -15G /mnt/btrfs/
                btrfs filesystem resize +5G /mnt/btrfs/
                btrfs filesystem resize max /mnt/btrfs/

向btrfs文件系统中添加或删除设备
    btrfs device
        btrfs device add [options] <device> [<device>...] <path>
      向文件系统中添加一个新设备
    btrfs device delete <device> [<device>...] <path>
      从文件系统中删除一个设备


平衡数据：
    btrfs balance start [options] <path>
      开启跨设备的chunk的数据平衡
      -mconvert={radi0|raid1|raid5|radi10|raid6|single|dup}
          改变元数据的数据平衡布局方式
           例：btrfs balance start -mconvert=raid5 /mnt/btrfs/

      -dconvert={radi0|raid1|raid5|radi10|raid6|single}
          改变数据的数据平衡布局方式
            例：btrfs balance start -dconvert=raid6 /mnt/btrfs/

    btrfs balance pause <path>
      暂停数据平衡
    btrfs balance cancel <path>
      取消正在进行的或已经暂停的数据平衡
    btrfs balance resume <path>
      恢复被打断的数据平衡
    btrfs balance status [-v] <path>
      显示正在进行的或已经暂停的数据平衡的状态信息

子卷管理：
    btrfs subvolume create [-i <qgroupid>] [<dest>/]<name>
    创建子卷
      例：btrfs subvolume create /mnt/btrfs/mysub1/

  btrfs subvolume delete [options] <subvolume> [<subvolume>...]
    删除子卷
    例：btrfs subvolume delete /mnt/btrfs/mysub1/

  btrfs subvolume show <subvol-path>
      显示子卷的信息
      例：btrfs subvolume show /mnt/btrfs/mysub1/


子卷类似于ext文件系统中的将其他分区挂载到根目录下的某个空闲子目录的操作；

快照：
    btrfs subvolume snapshot [-r] [-i <qgroupid>] <source> <dest>|[<dest>/]<name>
    创建指定子卷的快照卷

        例：btrfs subvolume snapshot /mnt/btrfs/mysub1/ /mnt/btrfs/snap_mysub1

将btrfs和ext系列进行转换：
    btrfs-convert
        btrfs-convert - convert from ext2/3/4 filesystem to btrfs or rollback
        btrfs-convert [options] <device>

        将文件系统从ext转换为btrfs：
            ~]# btrfs-convert /dev/sdb1

            注意：/dev/sdb1分区，应该事先格式化为ext系列文件系统；

        将文件系统从btrfs回滚到ext
            ~]# btrfs-convert -r /dev/sdb1