1 Linux 中的文件系统的概述 #

Btrfs 提供容错、修复和易于管理的功能，比如：

SUSE Linux Enterprise Server 默认设置为对根分区使用 Btrfs 和快照。快照可让您在应用更新之后有需要时轻松地回滚系统，也可让您备份文件。快照可通过 SUSE Snapper 基础结构轻松管理，如第 7 章 “通过 Snapper 进行系统恢复和快照管理”所述。有关 SUSE Snapper 项目的一般信息，请参见 OpenSUSE.org (http://snapper.io) 上的 Snapper 门户网站 Wiki。

使用快照回滚系统时，必须确保在回滚期间，数据（例如用户的主目录、Web 和 FTP 服务器内容或日志文件）不会遗失或被重写。这一点通过使用根文件系统上的 Btrfs 子卷实现。子卷可从快照中排除。安装期间，根据 YaST 建议，SUSE Linux Enterprise Server 上的默认根文件系统设置包含下列子卷。由于以下原因，它们会从快照中排除。

Warning: 回滚支持

仅当您未去除任何预先设置的子卷时，SUSE 支持才支持回滚。不过，您可以使用 YaST 分区程序添加子卷。

1.2.2.1 装入压缩的 Btrfs 文件系统 #

 

Note: GRUB 2 和 LZO 压缩根目录

GRUB 2 无法读取 lzo 压缩根目录。如果要使用压缩，您需要创建单独的 /boot 分区。

从 SLE12 SP1 开始，支持压缩 Btrfs 文件系统。使用 compress 或 compress-force 选项，并选择压缩算法 lzo 或 zlib（默认）。zlib 压缩的压缩率更高，而 lzo 的压缩速度更快，并且所需的 CPU 负载更小。

例如：

root # mount -o compress /dev/sdx /mnt

如果您创建了一个文件并在其中写入数据，而压缩后的结果大于或等于未压缩时的大小，则将来针对此文件执行写入操作后，Btrfs 会始终跳过压缩。如果您不希望有这种行为，请使用 compress-force 选项。对于包含一些初始不可压缩数据的文件而言，此选项可能很有用。

请注意，压缩只会作用于新文件。如果使用 compress 或 compress-force 选项装入文件系统，则在未压缩的情况下写入的文件将不会压缩。此外，包含 nodatacow 属性的文件的内容永远不会压缩：

root # chattr +C FILE
root # mount -o nodatacow  /dev/sdx /mnt

加密与任何压缩操作均无关。在此分区中写入一些数据后，请打印细节：

root # btrfs filesystem show /mnt
btrfs filesystem show /mnt
Label: 'Test-Btrfs'  uuid: 62f0c378-e93e-4aa1-9532-93c6b780749d
        Total devices 1 FS bytes used 3.22MiB
      devid    1 size 2.00GiB used 240.62MiB path /dev/sdb1

如果您希望此设置是永久性的，请在 /etc/fstab 配置文件中添加 compress 或 compress-force 选项。例如：

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

您可以使用 btrfs-convert 工具，将数据卷从现有 ReiserFS 或 Ext（Ext2、Ext3 或 Ext4）迁移到 Btrfs 文件系统。该过程允许您对未装入（脱机）的文件系统进行就地转换，执行此操作可能需要使用包含 btrfs-convert 工具的可引导安装媒体。该工具会在原始文件系统的可用空间内构建 Btrfs 文件系统，并直接链接到其中包含的数据。设备上必须有足够用于创建元数据的可用空间，否则转换将失败。原始文件系统将保持不变，Btrfs 文件系统不会占用任何可用空间。需要的空间大小取决于文件系统的内容，可能会因其中包含的文件系统对象（例如文件、目录、扩展属性）数量而异。由于系统会直接参照数据，文件系统上的数据量不会影响转换所需的空间，但使用尾部封装且大小超过 2 KiB 的文件除外。

要将原始文件系统转换为 Btrfs 文件系统，请运行：

root # btrfs-convert /path/to/device

Important: 检查 /etc/fstab

转换后，需确保 /etc/fstab 中对原始文件系统的所有参照都已调整，现指示设备包含 Btrfs 文件系统。

转换后，Btrfs 文件系统的内容将会反映源文件系统的内容。源文件系统将一直保留到您去除了在 fs_root/reiserfs_saved/image 中创建的相关只读映像为止。该映像文件实际上是转换前 ReiserFS 文件系统的一个“快照”，修改 Btrfs 文件系统时不会修改该映像。要去除该映像文件，请去除 reiserfs_saved 子卷：

root # btrfs subvolume delete fs_root/reiserfs_saved

要将文件系统还原到原始文件系统，请使用以下命令：

root # btrfs-convert -r /path/to/device

Warning: 更改将丢失

您在文件系统装载为 Btrfs 文件系统时所做的任何更改都将丢失。切勿在此期间执行任何平衡操作，否则将无法正确恢复文件系统。

Btrfs 与 YaST 分区程序和 AutoYaST 集成。您可以在安装期间使用它来为根文件系统建立解决方案。安装之后，您可以使用 YaST 分区程序来查看和管理 Btrfs 卷。

btrfsprogs 包中提供了 Btrfs 管理工具。有关使用 Btrfs 命令的信息，请参见 man 8 btrfs、man 8 btrfsck 和 man 8 mkfs.btrfs 命令。有关 Btrfs 功能的信息，请参见 Btrfs Wiki，网址为 http://btrfs.wiki.kernel.org。

Btrfs 根文件系统子卷 /var/log、/var/crash 和 /var/cache 在正常运作情况下可能会使用所有可用的磁盘空间，此时将导致系统故障。为避免出现此状况，SUSE Linux Enterprise Server 现在提供了 Btrfs 子卷配额支持。如果您按照相应的 YaST 建议设置根文件系统，系统会为根文件系统进行相应的准备：所有子卷的配额组 (qgroup) 均已设置。若要设置根文件系统中子卷的配额，请执行下列步骤：

Tip: 取消配额

如果您要取消现有定额，请将定额大小设置为 none：

tux > sudo btrfs qgroup limit none /var/tmp

若要禁用某个分区及其所有子卷的配额支持，请使用 btrfs quota disable：

tux > sudo btrfs quota disable /

有关细节，请参见 man 8 btrfs-qgroup 和 man 8 btrfs-quota。Btrfs Wiki (https://btrfs.wiki.kernel.org/index.php/UseCases) 上的 UseCases 页面也提供了更多信息。

Btrfs 允许生成快照来捕获文件系统的状态。例如，Snapper 可使用此功能在系统更改之前及之后创建快照，以便允许回滚。不过，将快照与发送/接收功能结合使用还可以在远程位置创建和维护文件系统的副本。例如，此功能可用于执行增量备份。

btrfs send 操作可计算同一子卷中两个只读快照之间的差异，并将差异发送到某个文件或 STDOUT。btrfs receive 操作会接收 send 命令的结果，并将其应用到快照。

1.2.6.2 增量备份 #

 

以下过程展示了 Btrfs 发送/接收操作的基本用法，其中示范了如何在 /backup/data（目标端）中创建 /data（源端）的增量备份。/data 必须是一个子卷。

Procedure 1.1: 初始设置 #

 

1. 在源端创建初始快照（在本示例中名为 snapshot_0），并确保将它写入该磁盘：

   tux > sudo btrfs subvolume snapshot -r /data /data/bkp_data
   sync

   即会创建一个新子卷 /data/bkp_data。该子卷将用作后续增量备份的基础，应将它保留为参照。

2. 将初始快照发送到目标端。由于这是初始的发送/接收操作，因此需要发送整个快照：

   tux > sudo bash -c 'btrfs send /data/bkp_data | btrfs receive /backup'

   目标端上即会创建一个新子卷 /backup/bkp_data。

完成初始设置后，可以创建增量备份，并将当前快照与先前快照之间的差异发送到目标端。操作过程始终是相同的：

1. 在源端创建新快照。

2. 将差异发送到目标端。

3. 可选：重命名和/或清理两端中的快照。

Procedure 1.2: 执行增量备份 #

 

1. 在源端创建新快照，并确保将它写入该磁盘。在下面的示例中，快照命名为 bkp_data_当前日期：

   tux > sudo btrfs subvolume snapshot -r /data /data/bkp_data_$(date +%F)
   sync

   创建新子卷，例如 /data/bkp_data_2016-07-07。

2. 将先前快照与您创建的快照之间的差异发送到目标端。为此，可以使用选项 -p SNAPSHOT 指定先前的快照。

   tux > sudo bash -c 'btrfs send -p /data/bkp_data /data/bkp_data_2016-07-07 \
   | btrfs receive /backup'

   即会创建一个新子卷 /backup/bkp_data_2016-07-07。

3. 如此我们有了四个快照，每端各有两个：

   /data/bkp_data

   /data/bkp_data_2016-07-07

   /backup/bkp_data

   /backup/bkp_data_2016-07-07

   现在，关于如何继续，您有三种选择：

   • 保留两端中的所有快照。如果采用这种选择，您可以回滚到两端中的任一快照，同时会复制所有数据。不需要执行额外操作。执行后续增量备份时，请记得使用倒数第二个快照作为发送操作的父项。

   • 仅保留源端中的最后一个快照，保留目标端中的所有快照。此外，允许回滚到两端中的任一快照 - 要回滚到源端中的特定快照，请对整个快照执行从目标端到源端的发送/接收操作。在源端执行删除/移动操作。

   • 仅保留两端中的最后一个快照。采用这种方法，您会在目标端创建一个备份，该备份代表源端中生成的最后一个快照的状态。系统无法回滚到其他快照。在源端和目标端执行删除/移动操作。

   1. 如果只想保留源端中的最后一个快照，请执行以下命令：

      tux > sudo btrfs subvolume delete /data/bkp_data
      tux > sudo mv /data/bkp_data_2016-07-07 /data/bkp_data

      第一条命令将删除先前的快照，第二条命令将当前快照重命名为 /data/bkp_data。这可确保备份的最后一个快照始终命名为 /data/bkp_data。因此，您也可以始终使用此子卷名称作为增量发送操作的父项。

   2. 如果只想保留目标端中的最后一个快照，请执行以下命令：

      tux > sudo btrfs subvolume delete /backup/bkp_data
      tux > sudo mv /backup/bkp_data_2016-07-07 /backup/bkp_data

      第一条命令将删除先前的备份快照，第二条命令将当前备份快照重命名为 /backup/bkp_data。这可确保最新的备份快照始终命名为 /backup/bkp_data。

Tip: 发送到远程目标端

要将快照发送到远程计算机，请使用 SSH：

tux > btrfs send /data/bkp_data | ssh root@jupiter.example.com 'btrfs receive /backup'

Btrfs 支持重复数据删除功能，具体办法是以指向通用储存位置中的块单一副本的逻辑链接替换文件系统中完全相同的块。SUSE Linux Enterprise Server 提供 duperemove 工具来扫描文件系统中有没有完全相同的块。在 Btrfs 文件系统上使用时，也可以用来删除这些重复的块，从而节省文件系统上的空间。系统上默认不会安装 duperemove。要使此功能可用，请安装包 duperemove 。

Note: 删除重复的大型数据集

如果您要删除重复的大量文件，请使用 --hashfile 选项：

tux > sudo duperemove --hashfile HASH_FILE file1 file2 file3

--hashfile 选项会将所有指定文件的哈希储存到 HASH_FILE（而不是 RAM 中），防止耗尽 RAM。HASH_FILE 可重复使用 - 当完成生成基线哈希文件的初始运行后，即可删除对大型数据集的重复更改。

duperemove 可以针对一系列文件操作，也可以以递归方式扫描某个目录：

tux > sudo duperemove OPTIONS file1 file2 file3
tux > sudo duperemove -r OPTIONS directory

它有两种操作模式：只读和重复数据删除。以只读模式运行时（即不使用 -d 开关），它会扫描给定文件或目录中的重复块，并将其打印出来。此模式适用于所有文件系统。

以重复数据删除模式执行 duperemove 仅在 Btrfs 文件系统上受支持。扫描给定文件或目录之后，将会提交重复的块以进行重复数据删除。

有关详细信息，请参见 man 8 duperemove。

出于特定目的，您可能需要从根文件系统中删除某个默认的 Btrfs 子卷。目的之一是将某个子卷（例如 @/home 或 @/srv）转换成单独设备上的文件系统。以下过程演示如何删除 Btrfs 子卷：

在创建 XFS 文件系统时，文件系统底层的块设备被分成 8 个或 8 个以上相同大小的线性区域。这些区域称为分配组。每个分配组管理自己的 inode 和可用空间。实际上，可以将分配组看作文件系统中的文件系统。因为分配组相互独立，所以内核可同时对多个分配组进行寻址。此功能是 XFS 优异的可伸缩性关键之所在。独立分配组的概念自然适合多处理器系统的需要。

可用空间和 inode 是由分配组内的 B⁺ 树处理的。使用 B⁺ 树将大大增强 XFS 的性能和可伸缩性。XFS 使用延迟分配，它可以通过将进程分为两部分而处理分配。将挂起事务储存在 RAM 中并保留适当数量的空间。XFS 仍不决定应储存数据的准确位置（即不指出文件系统块）。此决定将被延迟到最后的时刻。某些生存期很短的临时数据可能永远不会被储存到磁盘上，这是因为在 XFS 决定保存它们的实际位置时，这些数据可能已经过时了。以这种方式，XFS 增强了写性能并减少了文件系统分段。因为延迟分配引起写事件的频率比其他文件系统引起写事件的频率要低，所以如果写操作期间发生系统崩溃，则数据丢失可能会更加严重。

在将数据写入文件系统前，XFS 保留（预分配）文件所需的可用空间。这样会大大减少文件系统碎片的数目。因为文件的内容不会分散在整个文件系统中，所以性能得以提高。

Note: 新的 XFS 磁盘格式

从 12 版开始，SUSE Linux Enterprise Server 支持 XFS 文件系统的新“磁盘格式” (v5)。由 YaST 创建的 XFS 文件系统将使用这种新格式。这种格式的主要优点包括，所有 XFS 元数据的自动检查总数、文件类型支持以及支持文件更多数量的访问控制列表。

请注意，低于 3.12 版的 SUSE Linux Enterprise 内核、低于 3.2.0 版的 xfsprogs，以及在 SUSE Linux Enterprise 12 之前发布的 GRUB 2 版本均不支持这种格式。如果同时还要从不符合上述先决条件的系统中使用该文件系统，就会出现问题。

如果您需要在较旧 SUSE 系统或其他 Linux 发行套件与 XFS 文件系统之间实现互操作性，请使用 mkfs.xfs 命令手动格式化文件系统。这将创建一个采用旧格式的 XFS 文件系统（除非您使用 -m crc=1 选项）。

Ext2 的代码为 Ext3 奠定了坚实的基础，使后者成为受到高度评价的下一代文件系统。在 Ext3 中，它的可靠性和稳定性与日记文件系统的优点完美地结合在一起。不像转换至其他日记文件系统（例如 XFS）那么费时（备份整个文件系统，然后从头开始重新创建），转换到 Ext3 只需几分钟时间。升级到 Ext3 还很安全，因为从头重新创建整个文件系统可能会出现问题。考虑到等待升级到日记文件系统的现有 Ext2 系统的数量，就很容易明白为什么 Ext3 对许多系统管理员来说如此重要。从 Ext3 降级到 Ext2 与升级一样简单。将 Ext3 文件系统完全卸载，然后重新装入成 Ext2 文件系统即可。

某些其他日记文件系统采用“仅元数据”的日记方法。这意味着元数据始终保持一致的状态，但无法自动保证文件系统数据本身一致。Ext3 的设计既可以照顾到元数据，又可以照顾到数据。“照顾”的程度可以自定义。在 data=journal 方式中启用 Ext3 可以提供最大的安全性（数据完整性），但因为要将元数据和数据都记入日记，所以可能会降低系统的速度。一个相对较新的方法是采用 data=ordered 方式，这种方式确保了数据和元数据的完整性，但只对元数据使用日记。文件系统驱动程序收集与一次元数据更新对应的所有数据块。这些数据块在更新元数据之前被写入磁盘中。这样，在不牺牲性能的情况下，元数据和数据的一致性得以实现。第三个要使用的选项是 data=writeback，允许数据在其元数据已经提交至日记后再写入主要文件系统。在性能方面，此选项常被认为是最佳选项。但它在维护内部文件系统完整性的同时，允许以前的数据在系统崩溃并恢复后再次出现在文件中。Ext3 使用 data=ordered 选项作为默认值。

要将 Ext2 文件系统转换为 Ext3：

inode 用于存储文件的相关信息及其在文件系统中的块位置。为了让 inode 有空间可以容纳扩展属性以及 ACL，Ext3 的默认 inode 大小从 SLES 10 上的 128 字节增加到了 SLES 11 上的 256 字节。与 SLES 10 相比，当您在 SLES 11 上创建新的 Ext3 文件系统时，为相同数量的 Inode 预先分配的默认空间容量会增加一倍，文件系统中文件的可用空间则会减少相应的容量。因此，要容纳与 SLES 10 上的 Ext3 文件系统中数量相同的 inode 和文件，您必须使用更大的分区。

当您创建新的 Ext3 文件系统时，系统将根据可创建的 Inode 总数预先分配 Inode 表格中的空间。每 inode 的字节数比率以及文件系统的大小决定了可以创建的 inode 数量。建立文件系统时，将根据每 inode 字节数的单位空间创建 inode：

number of inodes = total size of the file system divided by the number of bytes per inode

inode 的数量控制着文件系统中可容纳的文件数：一个文件对应一个 inode。为解决 inode 大小增加而使可用空间变少的问题，每 inode 的字节数比率的默认值由 SLES 10 上的 8192 字节增加到了 SLES 11 上的 16384 字节。比率翻倍意味着可以创建的文件数量将只有 SLES 10 上 Ext3 文件系统中可容纳文件数量的一半。

Important: 更改现有 Ext3 文件系统的 Inode 大小。

inode 分配完毕后，将无法更改 inode 大小的设置或每 inode 的字节数比率。如果不使用其他设置重新创建文件系统，或不扩展文件系统，则无法添加 Inode。超过 inode 最大数量时，只有删除部分文件才能在文件系统上创建新文件。

新建 Ext3 文件系统时，您可以指定 inode 大小和每 inode 的字节数比率，以控制文件系统上可容纳 inode 空间占用量以及文件数量。如果未指定块大小、inode 大小以及每 inode 的字节数比率值，则将应用 /etc/mked2fs.conf 中的默认值。有关信息，请参见 mke2fs.conf(5) 手册页。

使用以下指标：

如果您在 Ext3 文件系统上不使用扩展属性或 ACL，则在创建文件系统时可通过将 inode 大小指定为 128 字节，并将每 inode 的字节数比率指定为 8192 字节，来恢复到 SLES 10 行为。使用以下任何一种方法设置 inode 大小以及每 inode 的字节数比率：

有关相关信息，请参见 https://www.suse.com/support/kb/doc.php?id=7009075（SLES11 ext3 分区只能储存 SLES10 上可储存的文件数的 50% [技术信息文档 7009075]）。

使用 Btrfs 文件系统的根 (/) 分区停止接受数据。您收到错误“设备上没有剩余空间”。

请参见下列各部分，了解有关此问题的可能原因和预防措施的信息。

在固态硬盘 (SSD) 和精简配置的卷中，释放未被文件系统使用的块会很有用。SUSE Linux Enterprise Server 完全支持在支持取消映射或释放方法的所有文件系统上执行这些操作。

建议通过运行 /sbin/wiper.sh，来释放 SUSE Linux Enterprise Server 上支持的文件系统（Btrfs 除外）。在运行此脚本之前，请务必阅读 /usr/share/doc/packages/hdparm/README.wiper。对于大多数桌面和服务器系统，每周释放一次便已足够。使用 -o discard 装入文件系统会降低性能，并可能对 SSD 的寿命造成负面影响，因此不建议使用此选项。

Warning: 不要在 Btrfs 上使用 wiper.sh

wiper.sh 脚本会释放装入的读写 Ext4 或 XFS 文件系统，以及装入/未装入的只读 Ext2、Ext3、Ext4 和 XFS 文件系统。请勿在 Btrfs 文件系统上使用 wiper.sh，否则可能会损坏数据。应该使用 btrfsmaintenance 包中的 /usr/share/btrfsmaintenance/btrfs-trim.sh。

Linux 文件系统包含相应的机制用于避免数据碎片，因此通常没有必要执行碎片整理。但在某些使用场合下，数据碎片不可避免，而对硬盘进行碎片整理可以明显提高性能。

这种做法仅适用于传统的硬盘。在使用闪存储存数据的固态硬盘 (SSD) 中，固件提供的算法可以确定要将数据写入哪些芯片。数据通常分散在设备的各个位置。因此，对 SSD 进行碎片整理并不能获得所需的效果，反而会因为写入不必要的数据而缩短 SSD 的寿命。

出于上述原因，SUSE 肯定地建议不要对 SSD 进行碎片整理。某些供应商还会警告对其固态硬盘进行碎片整理所产生的后果。这些品牌包括但不限于：