btrfs文件系統及管理

什么是btrfs？

Btrfs（B-tree文件系統，通常念成Butter FS，Better FS或B-tree FS），linux文件系統，具有寫時復制COW(copy-on-write),改善ext3文件系統單文件大小限制，并加入其他特性，如可寫快照，快照的快照，內建RAID，子卷（subvloume），專注于容錯，修復和易于管理。單文件可達16EB，最大文件數量2^64，最大卷容量16EB，等。

btrfs功能特性

1,COW:寫時復制，每次寫入數據時，先將數據寫入到新的block,寫入成功后，更改舊數據塊指針到新數據塊，而非更改本身。

2,多物理卷支持，btrfs內建raid，可在線增刪磁盤設備，可在線擴展和縮減磁盤空間。

3,數據和元數據校驗碼，checksum

4,子卷，可單獨掛載子卷

5,可寫快照，快照的快照，單個文件快照。

6,透明壓縮

7,ext3/4和btrfs無痛互轉 

btrfs 基本用法：

[root@localhost ~]# btrfs --help   #查看幫助可以看到btrfs 有很多子命令，用法也很多，這里只舉例常用選項。
usage: btrfs [--help] [--version] <group> [<group>...] <command> [<args>]
    btrfs subvolume create [-i <qgroupid>] [<dest>/]<name> #創建子卷  
        Create a subvolume                  
    btrfs subvolume delete [options] <subvolume> [<subvolume>...] #刪除子卷 
        Delete subvolume(s)
    btrfs subvolume list [options] [-G [+|-]value] [-C [+|-]value] [--sort=gen,ogen,rootid,path] <path> #顯示子卷列表
        List subvolumes (and snapshots)
    btrfs subvolume snapshot [-r] [-i <qgroupid>] <source> <dest>|[<dest>/]<name> #創建子卷快照  
        Create a snapshot of the subvolume
    btrfs subvolume get-default <path>  #獲取子卷默認的文件系統
        Get the default subvolume of a filesystem
    btrfs subvolume set-default <subvolid> <path> #設置默認系統給子卷 
        Set the default subvolume of a filesystem
    btrfs subvolume find-new <path> <lastgen>  #列出btrfs文件系統中最近修改的文件，結合find命令
        List the recently modified files in a filesystem
    btrfs subvolume show <subvol-path>  #顯示更多的子卷信息 
        Show more information of the subvolume
    btrfs subvolume sync <path> [<subvol-id>...]  #子卷同步，類似mount同步模式，內存數據同步到磁盤，有待查證。
        Wait until given subvolume(s) are completely removed from the filesystem.
    btrfs filesystem df [options] <path>  #顯示掛載的文件系統詳細信息。
        Show space usage information for a mount point
    btrfs filesystem show [options] [<path>|<uuid>|<device>|label]  #顯示創建文件系統的磁盤信息。
        Show the structure of a filesystem
    btrfs filesystem sync <path>  #強制文件系統同步，
        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文件系統在線擴展和縮減空間 
        Resize a filesystem
    btrfs filesystem label [<device>|<mount_point>] [<newlabel>]  #改變btrfs文件系統卷標 
        Get or change the label of a filesystem
    btrfs filesystem usage [options] <path> [<path>..]  #顯示文件系統當前的使用信息。
        Show detailed information about internal filesystem usage .
    btrfs balance start [options] <path>  #改變磁盤chunk，在線改 數據和元數據 存儲方式，單盤改raid，前提滿足raid要求。
        Balance chunks across the devices
    btrfs balance pause <path>                                                                       #暫停chunk更改，數據量較大，轉換時間較長時，先暫停。
        Pause running balance
    btrfs balance cancel <path>                                                                     #取消chunk更改，如上
        Cancel running or paused balance
    btrfs balance resume <path>                                                                   #中斷balance的操作，如上
        Resume interrupted balance
    btrfs balance status [-v] <path>                                                                  #顯示balance操作狀態  如上
        Show status of running or paused balance
    btrfs device add [options] <device> [<device>...] <path>  #文件系統增加磁盤 
        Add a device to a filesystem
    btrfs device delete <device> [<device>...] <path>   #文件系統刪除磁盤
        Remove a device from a filesystem
    btrfs device scan [(-d|--all-devices)|<device> [<device>...]]  #文件系統磁盤掃描
        Scan devices for a btrfs filesystem
    btrfs device ready <device>                                                                          #猜測是檢測加入的設備有沒有被掛載
        Check device to see if it has all of its devices in cache for mounting    
    btrfs device stats [-z] <path>|<device>   #顯示文件系統的設備狀態
        Show current device IO stats. -z to reset stats afterwards.
    btrfs device usage [options] <path> [<path>..]    #顯示文件系統內部設備詳細使用信息 
        Show detailed information about internal allocations in devices.

btrfs文件系統管理

為分區創建btrfs文件系統 

[root@localhost ~]# fdisk -l | grep "^Disk /dev/sd[a-z]" #準備sd{b,c,d,e}4塊20G磁盤，未做任何分區。
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

創建單分區btrfs并查看

[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/  掛載時可以設定透明壓縮機制。
[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

再添加一塊磁盤

[root@localhost ~]# btrfs device add /dev/sdc /btrfs   #添加磁盤，刪除用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 ~]#

在線增加或縮減空間,在線改變空間，可以讓lvm坐冷板凳了。

[root@localhost ~]# btrfs fi resize -10G /btrfs/  #在線縮減空間
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/  #在線增加空間
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 ~]#

在線更改數據和元數據的結構

[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 為改變metadata元數據區的存儲結構
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    #對比上改為了raid1
GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B
[root@localhost ~]# btrfs balance start -dconvert=raid1 /btrfs/  #-dconvert 為改變data數據區的存儲結構
Done, had to relocate 1 out of 3 chunks
[root@localhost ~]# btrfs fi df /btrfs/
Data, RAID1: total=1.00GiB, used=320.00KiB    #對比上面改為了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 ~]#

顯示當前文件系統使用信息

[root@localhost btrfs]# btrfs fi usage /btrfs/
Overall:
    Device size:  37.00GiB   #總的空間
    Device allocated:   2.56GiB   #分給元數據管理區的空間 
    Device unallocated:  34.44GiB  #未分出去的  
    Device missing:     0.00B
    Used: 896.00KiB    #使用了的空間 
    Free (estimated):  18.22GiB(min: 18.22GiB)  #可用空間，這里因是raid1 鏡像卷
    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    #這里2各磁盤 分配的空間不同，可以說明btrfs的內建raid1不是按物理盤劃分的，而是按chunk，
   /dev/sdc  18.72GiB     #可以看到具體某塊磁盤的使用狀況。
[root@localhost btrfs]# btrfs device stats /btrfs/   #查看磁盤錯誤信息
[/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/    #磁盤的空間使用狀態 
/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
壓縮測試
[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掛載采用lzo壓縮，空間被壓縮，因是文本文檔壓縮效果很明顯。
 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掛載沒有啟用壓縮功能。
 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 

btrfs subvolume 
[root@localhost btrfs22]# btrfs subvolume create /btrfs/btrfs.sub   #創建子卷  
Create subvolume '/btrfs/btrfs.sub'
[root@localhost btrfs22]# btrfs subvolume list /btrfs   #顯示子卷  
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/  #單獨掛載子卷 
[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):

子卷刪除  

[root@localhost ~]# umount /btrfs.sub/    #卸卸載子卷 
[root@localhost ~]# btrfs subvolume delete /btrfs/btrfs.sub
    #執行刪除命令  
   
[root@localhost ~]# btrfs subvolume list /btrfs
      #查看 已經被刪除 
ID 260 gen 45 top level 5 path btrfs.sub22

子卷快照，類似創建子卷

[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

單個文件快照

[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文件系統轉換為btrfs 

[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，先卸載需要轉換的ext分區
[root@localhost ~]# fsck -f /dev/sdf  #第二步，強制檢測磁盤
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，執行轉換命令
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    #轉換產生的ext2_saved，不可刪除，刪除就無法轉回ext文件系統
[root@localhost sdf]# cat ks-script-OqV4Gb     #轉換后查看文件正常。
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"  #查看文件系統，已經變為btrfs
btrfs轉回ext3
[root@localhost ~]# umount /sdf/    #第一步，卸載
[root@localhost ~]# btrfs-convert -r /dev/sdf   #第二步，執行轉換命令                    
rollback complete.
[root@localhost ~]# blkid /dev/sdf
/dev/sdf: UUID="8d6c4b81-9602-428a-a340-f01b176fa82b" SEC_TYPE="ext2" TYPE="ext3"  #查看轉換結果，已經變為etx3格式。
[root@localhost ~]#

總結：初步了解btrfs，首先，擴展性基于B-tree架構，單個文件，磁盤，文件個數，大大超過現在對擴展性的要求，其次，數據一致性，基于COW和checksum確保數據正常（btrfs的數據檢測，修復，恢復相關的命令操作后面補充），再次，設備管理功能強大，內建raid,聯機raid調整，聯機空間擴展和縮減，聯機物理卷增刪，快照，子卷，可脫離raid和lvm.

以上個人總結，不足之處歡迎指正，謝謝。