1 Linux 中文件系统的概述 #

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 基础架构轻松管理，如第 10 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。

警告：回滚支持

仅当您未移除任何预先配置的子卷时，SUSE 才支持回滚。不过，您可以使用 YaST 分区程序添加子卷。

# mount -o compress=zstd /dev/sdx /mnt

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

# 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

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。该过程允许您对未挂载（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。

警告：不支持根文件系统转换

不支持将根文件系统转换为 Btrfs，且不建议这样做。由于需要根据您的特定设置定制各种步骤，因此无法自动完成此类转换 — 该过程需要经过复杂的配置才能提供正确的回滚，/boot 必须位于根文件系统上，并且系统必须包含特定的子卷，等等。请保留现有的文件系统，或者从头开始重新安装整个系统。

要将原始文件系统转换为 Btrfs 文件系统，请运行：

# btrfs-convert /path/to/device

重要：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，直到您去除了在 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：

# 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：

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

警告：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 软件包中提供了 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（例如 /var/log、/var/crash 或 /var/cache）在正常运作期间可能会使用所有可用的磁盘空间，这会导致系统出现故障。为避免出现此状况，SUSE Linux Enterprise Server 提供了 Btrfs 子卷配额支持。只要根据 YaST 建议设置根文件系统，便可以启用和设置子卷配额。

1.2.5.2 在命令行上设置 Btrfs 配额 #

 

要在命令行上设置根文件系统的子卷配额，请执行以下步骤：

1. 启用配额支持：

   > sudo btrfs quota enable /

2. 取得子卷列表：

   > sudo btrfs subvolume list /

   只能为现有子卷设置配额。

3. 为上一步中所列的其中一个子卷设置配额。子卷可以用路径识别（例如 /var/tmp），也可以用 0/SUBVOLUME ID（例如 0/272）。以下示例为 /var/tmp 设置 5 GB 配额。

   > sudo btrfs qgroup limit 5G /var/tmp

   大小单位可以是字节 (5000000000)、KB (5000000K)、MB (5000M) 或 GB (5G)。以字节为单位生成的值略有不同，因为 1024 字节 = 1 KiB，1024 KiB = 1 MiB，依此类推

4. 若要列出现有配额，请使用以下命令。max_rfer 列以字节为单位显示配额。

   > sudo btrfs qgroup show -r /

提示：取消配额

如果您要取消现有配额，请将配额大小设置为 none：

> 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：

> sudo btrfs quota disable /

重要：启用交换创建快照

如果源子卷包含任何已启用的交换文件，则您无法创建快照。

如果满足与生成的交换文件相关的以下准则，则 SLES 支持在 Btrfs 文件系统上的文件交换：

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。

1.2.7.2 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 需为子卷。

过程 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：

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

   一个新子卷 /data/bkp_data 即会创建。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：

   > 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。

过程 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_CURRENT_DATE：

   > 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。

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

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

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：

      > sudo btrfs subvolume delete /data/bkp_data
      > 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：

      > sudo btrfs subvolume delete /backup/bkp_data
      > 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。

提示：发送到远程目标端

要将快照发送到远程计算机，请使用 SSH：

> 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存储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。duperemove。要使此功能可用，请安装软件包 duperemove。

注意：对大型数据集去重

如果您要对大量文件去重，请使用 --hashfile 选项：

> sudo duperemove --hashfile HASH_FILE file1 file2 file3

--hashfile 选项会将所有指定文件的哈希存储到 HASH_FILE（而不是 RAM 中），以防耗尽 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，即可对大型数据集更改去重。

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：

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

它有两种操作模式：只读和去重。以只读模式运行时（即不使用 -d 开关），该命令会扫描给定文件或目录中的重复块，并将其列显出来。此模式适用于所有文件系统。

只有 Btrfs 文件系统支持在去重模式下执行 duperemove。扫描给定文件或目录之后，将会提交重复的块以进行去重。

有关更多信息，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：

SUSE Linux Enterprise Server 支持 XFS 文件系统的“磁盘格式” (v5)。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。

重要：V4 将弃用

XFS 即将弃用采用 V4 格式的文件系统。此文件系统格式是由以下命令创建的：

mkfs.xfs -m crc=0 DEVICE

该格式在 SLE 11 和更低版本中使用，目前它通过 dmesg 创建警告消息：

Deprecated V4 format (crc=0) will not be supported after September 2030

如果您在 dmesg 命令的输出中看到上述消息，建议将文件系统更新到 V5 格式：

1. 将数据备份到另一台设备。

2. 在该设备上创建文件系统。

   mkfs.xfs -m crc=1 DEVICE

3. 从已更新的设备上的备份恢复数据。

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志文件系统的优点完美地结合在一起。不像转换至其他日志文件系统（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志文件系统的现有 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，然后重新挂载成 Ext2 文件系统即可。

要将 Ext2 文件系统转换为 Ext3：

某些其他日志文件系统采用“仅元数据”的日志方法。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。Ext4 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。以 data=journal 模式挂载 Ext4 可以提供最高安全性（数据完整性），但由于要将元数据和数据都记入日志，因此可能会降低系统速度。另一种方法是使用 data=ordered 模式，此模式可确保数据和元数据的完整性，但只对元数据使用日志。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。可使用的第三个挂载选项是 data=writeback，它允许数据在其元数据已经提交至日志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。Ext4 使用 data=ordered 选项作为默认值。

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，默认的 inode 大小已增大至 256 字节。

当您创建新的 Ext4 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。

重要：无法更改现有 Ext4 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 Ext4 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 文件中的默认值。有关信息，请参见 mke2fs.conf(5) 手册页。

使用以下指标：

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：

定期 TRIM 由 systemd 定期调用的 fstrim 命令进行处理。您也可以手动运行该命令。

要安排定期 TRIM，请如下所示启用 fstrim.timer：

> sudo systemctl enable fstrim.timer

systemd 会在 /usr/lib/systemd/system 中创建一个单元文件。默认情况下，该服务每周运行一次，这种频率通常已足够。但是，您可以通过将 OnCalendar 选项配置为所需值来更改频率。

fstrim 的默认行为是丢弃文件系统中的所有块。您可以在调用该命令时使用选项来修改此行为。例如，可以传递 offset 选项来定义释放过程的起始位置。有关详细信息，请参见man fstrim。

fstrim 命令可对存储在 /etc/fstab 文件中且支持 TRIM 操作的所有设备执行修剪 — 为此，请在调用该命令时使用 -A 选项。

要禁用特定设备的修剪，请如下所示将选项 X-fstrim.notrim 添加到 /etc/fstab 文件中：

UID=83df497d-bd6d-48a3-9275-37c0e3c8dc74  /  btrfs  defaults,X-fstrim.notrim                      0  0

每次向设备写入数据时，都会对该设备执行联机 TRIM。

要启用设备的联机 TRIM，请如下所示将 discard 选项添加到 /etc/fstab 文件中：

UID=83df497d-bd6d-48a3-9275-37c0e3c8dc74  /  btrfs  defaults,discard

或者，在 Ext4 文件系统上，可以使用 tune2fs 命令在 /etc/fstab 中设置 discard 选项：

> sudo tune2fs -o discard DEVICE

如果设备是通过 mount 搭配 discard 选项挂载的，还需将 discard 选项添加到 /etc/fstab：

> sudo mount -o discard DEVICE

注意：联机 TRIM 的缺点

使用 discard 选项可能会缩短某些低质量 SSD 设备的使用寿命。联机 TRIM 还可能会影响设备的性能，例如，在删除大量数据的情况下。在这种情况下，可能会重新分配一个擦除块，并在短时间后，再次将同一擦除块标记为未使用。

使用 Btrfs 文件系统的根 (/) 分区停止接受数据。您收到错误“No space left on device”。

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。

btrfs balance 命令是 btrfs-progs 软件包的一部分。它可以在以下示例情况下平衡 Btrfs 文件系统上的块组：

提示

要微调 Btrfs 文件系统上平衡数据的默认行为（例如，平衡的频率或挂载点），请检查并自定义 /etc/sysconfig/btrfsmaintenance。相关选项以 BTRFS_BALANCE_ 开头。

有关 btrfs balance 命令用法的细节，请参见其手册页 (man 8 btrfs-balance)。

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。在使用闪存存储数据的固态硬盘 (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：