linux btrfs文件系统及管理

小蚂蚁

Btrfs（B-tree文件系统，通常念成Butter FS，Better FS或B-tree FS），linux文件系统，具有写时复制COW(copy-on-write),改善ext3文件系统单文件大小限制，并加入其他特性，如可写快照，快照的快照，内建RAID，子卷（subvloume），专注于容错，修复
什么是btrfs？
Btrfs（B-tree文件系统，通常念成Butter FS，Better FS或B-tree FS），linux文件系统，具有写时复制COW(copy-on-write),改善ext3文件系统单文件大小限制，并加入其他特性，如可写快照，快照的快照，内建RAID，子卷（subvloume），专注于容错，修复和易于管理。单文件可达16EB，最大文件数量2^64，最大卷容量16EB，等。
btrfs功能特性
1,COW:写时复制，每次写入数据时，先将数据写入到新的block,写入成功后，更改旧数据块指针到新数据块，而非更改本身。
2,多物理卷支持，btrfs内建raid，可在线增删磁盘设备，可在线扩展和缩减磁盘空间。
3,数据和元数据校验码，checksum
4,子卷，可单独挂载子卷
5,可写快照，快照的快照，单个文件快照。
6,透明压缩
7,ext3/4和btrfs无痛互转
btrfs 基本用法：
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[root@localhost ~]# btrfs --help   #查看帮助可以看到btrfs 有很多子命令，用法也很多，这里只举例常用选项。   
usage: btrfs [--help] [--version] <group> [<group>...] <command> [<args>]   
  btrfs subvolume create [-i <qgroupid>] [<dest>/]<name> #创建子卷   
    Create a subvolume           
  btrfs subvolume delete [options] <subvolume> [<subvolume>...] #删除子卷   
    Delete subvolume(s)   
  btrfs subvolume list [options] [-G [+|-]value] [-C [+|-]value] [--sort=gen,ogen,rootid,path] <path> #显示子卷列表   
    List subvolumes (and snapshots)   
  btrfs subvolume snapshot [-r] [-i <qgroupid>] <source> <dest>|[<dest>/]<name> #创建子卷快照   
    Create a snapshot of the subvolume   
  btrfs subvolume get-default <path>  #获取子卷默认的文件系统   
    Get the default subvolume of a filesystem   
  btrfs subvolume set-default <subvolid> <path> #设置默认系统给子卷  
    Set the default subvolume of a filesystem   
  btrfs subvolume find-new <path> <lastgen>  #列出btrfs文件系统中最近修改的文件，结合find命令   
    List the recently modified files in a filesystem   
  btrfs subvolume show <subvol-path>  #显示更多的子卷信息  
    Show more information of the subvolume   
  btrfs subvolume sync <path> [<subvol-id>...]  #子卷同步，类似mount同步模式，内存数据同步到磁盘，有待查证。   
    Wait until given subvolume(s) are completely removed from the filesystem.   
  btrfs filesystem df [options] <path>  #显示挂载的文件系统详细信息。   
    Show space usage information for a mount point   
  btrfs filesystem show [options] [<path>|<uuid>|<device>|label]  #显示创建文件系统的磁盘信息。   
    Show the structure of a filesystem   
  btrfs filesystem sync <path>  #强制文件系统同步，   
    Force a sync on a filesystem   
  btrfs filesystem defragment [options] <file>|<dir> [<file>|<dir>...]  #碎片整理  
    Defragment a file or a directory   
  btrfs filesystem resize [devid:][+/-]<newsize>[kKmMgGtTpPeE]|[devid:]max <path>  #btrfs文件系统在线扩展和缩减空间  
    Resize a filesystem   
  btrfs filesystem label [<device>|<mount_point>] [<newlabel>]  #改变btrfs文件系统卷标  
    Get or change the label of a filesystem   
  btrfs filesystem usage [options] <path> [<path>..]  #显示文件系统当前的使用信息。   
    Show detailed information about internal filesystem usage .   
  btrfs balance start [options] <path>  #改变磁盘chunk，在线改 数据和元数据 存储方式，单盘改raid，前提满足raid要求。   
    Balance chunks across the devices   
  btrfs balance pause <path>                                     #暂停chunk更改，数据量较大，转换时间较长时，先暂停。   
    Pause running balance   
  btrfs balance cancel <path>                                   #取消chunk更改，如上   
    Cancel running or paused balance   
  btrfs balance resume <path>                                   #中断balance的操作，如上   
    Resume interrupted balance   
  btrfs balance status [-v] <path>                                  #显示balance操作状态  如上   
    Show status of running or paused balance   
  btrfs device add [options] <device> [<device>...] <path>  #文件系统增加磁盘  
    Add a device to a filesystem   
  btrfs device delete <device> [<device>...] <path>   #文件系统删除磁盘   
    Remove a device from a filesystem   
  btrfs device scan [(-d|--all-devices)|<device> [<device>...]]  #文件系统磁盘扫描   
    Scan devices for a btrfs filesystem   
  btrfs device ready <device>                                      #猜测是检测加入的设备有没有被挂载   
    Check device to see if it has all of its devices in cache for mounting     
  btrfs device stats [-z] <path>|<device>   #显示文件系统的设备状态   
    Show current device IO stats. -z to reset stats afterwards.   
  btrfs device usage [options] <path> [<path>..]  #显示文件系统内部设备详细使用信息  
    Show detailed information about internal allocations in devices.

btrfs文件系统管理

为分区创建btrfs文件系统
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[root@localhost ~]# fdisk -l | grep "^Disk /dev/sd[a-z]" #准备sd{b,c,d,e}4块20G磁盘，未做任何分区。   
Disk /dev/sda: 107.4 GB, 107374182400 bytes, 209715200 sectors   
Disk /dev/sdb: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors   
Disk /dev/sdc: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors   
Disk /dev/sde: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors   
Disk /dev/sdd: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors

创建单分区btrfs并查看

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[root@localhost ~]# mkfs.btrfs -L 'btrfs' /dev/sdb   
btrfs-progs v3.19.1   
See http://btrfs.wiki.kernel.org for more information.   
Turning ON incompat feature 'extref': increased hardlink limit per file to 65536   
Turning ON incompat feature 'skinny-metadata': reduced-size metadata extent refs   
fs created label btrfs on /dev/sdb   
 nodesize 16384 leafsize 16384 sectorsize 4096 size 20.00GiB   
[root@localhost ~]# btrfs filesystem show   
Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
 Total devices 1 FS bytes used 112.00KiB   
 devid  1 size 20.00GiB used 2.04GiB path /dev/sdb   
btrfs-progs v3.19.1   
[root@localhost ~]# mount -o compress=lzo -L btrfs  /btrfs/  挂载时可以设定透明压缩机制。   
[root@localhost ~]# btrfs filesystem df /btrfs   
Data, single: total=8.00MiB, used=256.00KiB   
System, DUP: total=8.00MiB, used=16.00KiB   
System, single: total=4.00MiB, used=0.00B   
Metadata, DUP: total=1.00GiB, used=112.00KiB   
Metadata, single: total=8.00MiB, used=0.00B   
GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B

再添加一块磁盘
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[root@localhost ~]# btrfs device add /dev/sdc /btrfs   #添加磁盘，删除用btrfs device delete  /dev/sdc /btrfs   
[root@localhost ~]# btrfs fi sh   
Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
 Total devices 2 FS bytes used 384.00KiB   
 devid  1 size 20.00GiB used 2.04GiB path /dev/sdb   
 devid  2 size 20.00GiB used 0.00B path /dev/sdc   
btrfs-progs v3.19.1   
[root@localhost ~]#

在线增加或缩减空间,在线改变空间，可以让lvm坐冷板凳了。
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[root@localhost ~]# btrfs fi resize -10G /btrfs/  #在线缩减空间   
Resize '/btrfs/' of '-10G'  
[root@localhost ~]# btrfs fi sh   
Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
 Total devices 2 FS bytes used 384.00KiB   
 devid  1 size 10.00GiB used 2.04GiB path /dev/sdb   
 devid  2 size 20.00GiB used 0.00B path /dev/sdc   
btrfs-progs v3.19.1   
[root@localhost ~]# btrfs fi resize +7G /btrfs/  #在线增加空间   
Resize '/btrfs/' of '+7G'  
[root@localhost ~]# btrfs fi sh   
Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
 Total devices 2 FS bytes used 384.00KiB   
 devid  1 size 17.00GiB used 2.04GiB path /dev/sdb   
 devid  2 size 20.00GiB used 0.00B path /dev/sdc   
btrfs-progs v3.19.1   
[root@localhost ~]#

在线更改数据和元数据的结构
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[root@localhost ~]# btrfs fi df /btrfs/   
Data, single: total=8.00MiB, used=256.00KiB   
System, DUP: total=8.00MiB, used=16.00KiB   
System, single: total=4.00MiB, used=0.00B   
Metadata, DUP: total=1.00GiB, used=112.00KiB   
Metadata, single: total=8.00MiB, used=0.00B   
GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B   
[root@localhost ~]# btrfs balance start -mconvert=raid1 /btrfs/   #-mconvert 为改变metadata元数据区的存储结构   
Done, had to relocate 4 out of 5 chunks   
[root@localhost ~]# btrfs fi sh   
Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
 Total devices 2 FS bytes used 192.00KiB   
 devid  1 size 17.00GiB used 296.00MiB path /dev/sdb   
 devid  2 size 20.00GiB used 288.00MiB path /dev/sdc   
btrfs-progs v3.19.1   
[root@localhost ~]# btrfs fi df /btrfs/   
Data, single: total=8.00MiB, used=64.00KiB   
System, RAID1: total=32.00MiB, used=16.00KiB   
Metadata, RAID1: total=256.00MiB, used=112.00KiB  #对比上改为了raid1   
GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B   
[root@localhost ~]# btrfs balance start -dconvert=raid1 /btrfs/  #-dconvert 为改变data数据区的存储结构   
Done, had to relocate 1 out of 3 chunks   
[root@localhost ~]# btrfs fi df /btrfs/   
Data, RAID1: total=1.00GiB, used=320.00KiB  #对比上面改为了raid1  
System, RAID1: total=32.00MiB, used=16.00KiB   
Metadata, RAID1: total=256.00MiB, used=112.00KiB   
GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B   
[root@localhost ~]#

显示当前文件系统使用信息
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[root@localhost btrfs]# btrfs fi usage /btrfs/   
Overall:   
  Device size:  37.00GiB   #总的空间   
  Device allocated:   2.56GiB   #分给元数据管理区的空间  
  Device unallocated:  34.44GiB  #未分出去的   
  Device missing:   0.00B   
  Used: 896.00KiB  #使用了的空间  
  Free (estimated):  18.22GiB(min: 18.22GiB)  #可用空间，这里因是raid1 镜像卷  
  Data ratio:    2.00   
  Metadata ratio:    2.00   
  Global reserve:  16.00MiB(used: 0.00B)   
Data,RAID1: Size:1.00GiB, Used:320.00KiB   
   /dev/sdb   1.00GiB   
   /dev/sdc   1.00GiB   
Metadata,RAID1: Size:256.00MiB, Used:112.00KiB   
   /dev/sdb 256.00MiB   
   /dev/sdc 256.00MiB   
System,RAID1: Size:32.00MiB, Used:16.00KiB   
   /dev/sdb  32.00MiB   
   /dev/sdc  32.00MiB   
Unallocated:   
   /dev/sdb  15.72GiB  #这里2各磁盘 分配的空间不同，可以说明btrfs的内建raid1不是按物理盘划分的，而是按chunk，   
   /dev/sdc  18.72GiB   #可以看到具体某块磁盘的使用状况。   
[root@localhost btrfs]# btrfs device stats /btrfs/   #查看磁盘错误信息   
[/dev/sdb].write_io_errs   0   
[/dev/sdb].read_io_errs  0   
[/dev/sdb].flush_io_errs   0   
[/dev/sdb].corruption_errs 0   
[/dev/sdb].generation_errs 0   
[/dev/sdc].write_io_errs   0   
[/dev/sdc].read_io_errs  0   
[/dev/sdc].flush_io_errs   0   
[/dev/sdc].corruption_errs 0   
[/dev/sdc].generation_errs 0   
[root@localhost btrfs]# btrfs device usage /btrfs/  #磁盘的空间使用状态  
/dev/sdb, ID: 1   
   Device size:      20.00GiB   
   Data,RAID1:        1.00GiB   
   Metadata,RAID1:    256.00MiB   
   System,RAID1:       32.00MiB   
   Unallocated:      15.72GiB   
/dev/sdc, ID: 2   
   Device size:      20.00GiB   
   Data,RAID1:        1.00GiB   
   Metadata,RAID1:    256.00MiB   
   System,RAID1:       32.00MiB   
   Unallocated:      18.72GiB   
压缩测试   
[root@localhost btrfs22]# du -sh /btrfs /btrfs22   
5.1G/btrfs   
5.1G/btrfs22   
[root@localhost btrfs22]# btrfs fi show   
Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
 Total devices 2 FS bytes used 178.63MiB    #btrfs挂载采用lzo压缩，空间被压缩，因是文本文档压缩效果很明显。   
 devid  1 size 17.00GiB used 1.28GiB path /dev/sdb   
 devid  2 size 20.00GiB used 1.28GiB path /dev/sdc   
Label: 'btrfs22'  uuid: d4da4497-b82e-4846-b51c-cd7127ff5c74   
 Total devices 2 FS bytes used 5.01GiB  #btrfs22挂载没有启用压缩功能。   
 devid  1 size 20.00GiB used 4.04GiB path /dev/sdd   
 devid  2 size 20.00GiB used 4.00GiB path /dev/sde   
btrfs-progs v3.19.1

子卷和快照的管理
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btrfs subvolume  
[root@localhost btrfs22]# btrfs subvolume create /btrfs/btrfs.sub   #创建子卷   
Create subvolume '/btrfs/btrfs.sub'  
[root@localhost btrfs22]# btrfs subvolume list /btrfs   #显示子卷   
ID 259 gen 43 top level 5 path btrfs.sub   
[root@localhost btrfs22]# umount /btrfs   
[root@localhost ~]# mount -o subvol=btrfs.sub /dev/sdc /btrfs.sub/  #单独挂载子卷  
[root@localhost ~]# btrfs subvolume show /btrfs.sub/   
/btrfs.sub   
 Name: btrfs.sub   
 uuid: 811deb2f-764f-6440-899c-cddb2b9867e2   
 Parent uuid: -   
 Creation time: 2016-05-11 08:43:51   
 Object ID: 259   
 Generation (Gen): 43   
 Gen at creation: 43   
 Parent: 5   
 Top Level: 5   
 Flags: -   
 Snapshot(s):

子卷删除
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[root@localhost ~]# umount /btrfs.sub/  #卸卸载子卷  
[root@localhost ~]# btrfs subvolume delete /btrfs/btrfs.sub   
  #执行删除命令   
     
[root@localhost ~]# btrfs subvolume list /btrfs   
    #查看 已经被删除  
ID 260 gen 45 top level 5 path btrfs.sub22

子卷快照，类似创建子卷
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[root@localhost ~]# btrfs subvolume list /btrfs   
ID 260 gen 45 top level 5 path btrfs.sub22   
[root@localhost ~]# btrfs subvolume snapshot /btrfs/btrfs.sub22/ /btrfs/btrfs.sub22_snapshot   
Create a snapshot of '/btrfs/btrfs.sub22/' in '/btrfs/btrfs.sub22_snapshot'  
[root@localhost ~]# btrfs subvolume list /btrfs   
ID 260 gen 50 top level 5 path btrfs.sub22   
ID 262 gen 50 top level 5 path btrfs.sub22_snapshot

单个文件快照
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[root@localhost btrfs]# cp --relink hostname hostname_snap   
cp: unrecognized option '--relink'  
Try 'cp --help' for more information.   
[root@localhost btrfs]# cp --reflink hostname hostname_snap   
[root@localhost btrfs]# cp --reflink hostname hostname_snap^C   
[root@localhost btrfs]# echo "magedu.com" >> hostname   
[root@localhost btrfs]# cat hostname   
localhost.localdomain   
magedu.com   
[root@localhost btrfs]# cat hostname_snap   
localhost.localdomain   
[root@localhost btrfs]#

ext文件系统转换为btrfs
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[root@localhost ~]# cp -r /tmp/* /sdf/   
[root@localhost ~]# cd /sdf/   
[root@localhost sdf]# ls   
ks-script-OqV4Gb  lost+found  yum.log   
[root@localhost ~]# umount /sdf/   #第一步，先卸载需要转换的ext分区   
[root@localhost ~]# fsck -f /dev/sdf  #第二步，强制检测磁盘   
fsck from util-linux 2.23.2   
e2fsck 1.42.9 (28-Dec-2013)   
Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes   
Pass 2: Checking directory structure   
Pass 3: Checking directory connectivity   
Pass 4: Checking reference counts   
Pass 5: Checking group summary information   
/dev/sdf: 13/1310720 files (0.0% non-contiguous), 126323/5242880 blocks   
[root@localhost ~]# btrfs-convert /dev/sdf  #第三步，执行转换命令   
creating btrfs metadata.   
copy inodes [o] [     0/    13]   
creating ext2fs image file.   
cleaning up system chunk.   
conversion complete.   
[root@localhost ~]# mount /dev/sdf /sdf/   
[root@localhost ~]# cd /sdf/   
[root@localhost sdf]# ls   
ext2_saved  ks-script-OqV4Gb  lost+found  yum.log  #转换产生的ext2_saved，不可删除，删除就无法转回ext文件系统   
[root@localhost sdf]# cat ks-script-OqV4Gb   #转换后查看文件正常。   
restorecon -ir /etc/sysconfig/network-scripts /var/lib /etc/lvm \   
         /dev /etc/iscsi /var/lib/iscsi /root /var/lock /var/log \   
         /etc/modprobe.d /etc/sysconfig /var/cache/yum   
# Also relabel the OSTree variants of the normal mounts (if they exist)   
restorecon -ir /var/roothome /var/home /var/opt /var/srv /var/media /var/mnt   
restorecon -i /etc/rpm/macros /etc/dasd.conf /etc/zfcp.conf /lib64 /usr/lib64 \   
        /etc/blkid.tab* /etc/mtab /etc/fstab /etc/resolv.conf \   
        /etc/modprobe.conf* /var/log/*tmp /etc/crypttab \   
        /etc/mdadm.conf /etc/sysconfig/network /root/install.log* \   
        /etc/*shadow* /etc/dhcp/dhclient-*.conf /etc/localtime \   
        /etc/hostname /root/install.log*   
if [ -e /etc/zipl.conf ]; then  
  restorecon -i /etc/zipl.conf   
fi  
[root@localhost sdf]# blkid /dev/sdf   
/dev/sdf: UUID="20bd2176-28d9-49fb-88e9-b746f5ea2736" UUID_SUB="9076e700-22a2-420e-81df-feb79449ab7c" TYPE="btrfs"  #查看文件系统，已经变为btrfs   
btrfs转回ext3   
[root@localhost ~]# umount /sdf/  #第一步，卸载   
[root@localhost ~]# btrfs-convert -r /dev/sdf   #第二步，执行转换命令             
rollback complete.   
[root@localhost ~]# blkid /dev/sdf   
/dev/sdf: UUID="8d6c4b81-9602-428a-a340-f01b176fa82b" SEC_TYPE="ext2" TYPE="ext3"  #查看转换结果，已经变为etx3格式。   
[root@localhost ~]#

总结：初步了解btrfs，首先，扩展性基于B-tree架构，单个文件，磁盘，文件个数，大大超过现在对扩展性的要求，其次，数据一致性，基于COW和checksum确保数据正常（btrfs的数据检测，修复，恢复相关的命令操作后面补充），再次，设备管理功能强大，内建raid,联机raid调整，联机空间扩展和缩减，联机物理卷增删，快照，子卷，可脱离raid和lvm.

以上个人总结，不足之处欢迎指正，谢谢。