1 Linux 中檔案系統的綜覽 #

Btrfs 提供容錯、修復與簡易管理功能，例如：

依預設，SUSE Linux Enterprise Server 設定為對根分割區使用 Btrfs 和快照。快照可讓您在套用更新之後有需要時輕鬆地復原系統，或者可讓您備份檔案。快照可透過 SUSE Snapper 基礎架構輕鬆管理，如第 10 章 「使用 Snapper 進行系統復原和快照管理」中所述。如需 SUSE Snapper 專案的一般資訊，請參閱 OpenSUSE.org (http://snapper.io) 上的 Snapper 入口 Wiki。

使用快照復原系統時，必須確保在復原期間，資料 (例如使用者的主目錄、Web 和 FTP 伺服器內容或記錄檔案) 不會遺失或被覆寫。這一點透過使用根檔案系統上的 Btrfs 子磁碟區來實現。子磁碟區可從快照中排除。安裝期間，根據 YaST 建議，SUSE Linux Enterprise Server 上的預設根檔案系統設定包含下列子磁碟區。由於下述原因，它們會從快照中排除。

警告：復原支援

僅當您未移除任何預先設定的子磁碟區時，SUSE 才支援復原。不過，您可以使用 YaST 磁碟分割程式新增子磁碟區。

# 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，將資料磁碟區從現有 ReiserFS 或 Ext (Ext2、Ext3 或 Ext4) 移轉至 Btrfs 檔案系統。該過程允許您對未掛接的 (離線) 檔案系統執行就地轉換，執行此操作可能需要包含 btrfs-convert 工具的可開機安裝媒體。該工具會在原始檔案系統的可用空間內建構 Btrfs 檔案系統，並直接連結至其中包含的資料。裝置上必須有足夠用於建立中繼資料的可用空間，否則轉換將失敗。原始檔案系統將保持不變，Btrfs 檔案系統不會佔用任何可用空間。所需的空間大小取決於檔案系統的內容，可能會因其中包含的檔案系統物件 (例如檔案、目錄、延伸屬性) 數量而異。由於系統會直接參考資料，檔案系統上的資料數量不會影響轉換所需的空間，但使用檔尾壓縮且大小超過 2 KiB 的檔案除外。

警告：不支援根檔案系統轉換

不支援將根檔案系統轉換為 Btrfs，且不建議這樣做。由於需要根據您的特定設定量身訂做各個步驟，因此無法自動完成此類轉換 — 該程序需要經過複雜的組態設定才能提供正確的復原，/boot 必須位於根檔案系統上，並且系統必須包含特定的子磁碟區，等等。請保留現有的檔案系統，或者從頭開始重新安裝整個系統。

若要將原始檔案系統轉換為 Btrfs 檔案系統，請執行：

# btrfs-convert /path/to/device

重要：核取 /etc/fstab

轉換後，需確定 /etc/fstab 中對原始檔案系統的所有參考都已調整，現指示裝置包含 Btrfs 檔案系統。

轉換後，Btrfs 檔案系統的內容將反映來源檔案系統的內容。來源檔案系統將一直保留，直到您移除了在 fs_root/reiserfs_saved/image 中建立的相關唯讀影像為止。該影像檔案實際上是轉換前 ReiserFS 檔案系統的一個「快照」，修改 Btrfs 檔案系統時不會對其進行修改。若要移除該影像檔，請移除 reiserfs_saved 子磁碟區：

# btrfs subvolume delete fs_root/reiserfs_saved

若要將檔案系統回復到原始檔案系統，請使用以下指令：

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

警告：變更遺失

您在檔案系統掛接為 Btrfs 檔案系統時所做的任何變更都將遺失。切勿在此期間執行任何平衡操作，否則將無法正常還原檔案系統。

Btrfs 已整合到 YaST 磁碟分割程式和 AutoYaST 中。安裝期間可以使用它來設定根檔案系統的解決方案。安裝之後，您可以使用 YaST 磁碟分割程式來檢視和管理 Btrfs 磁碟區。

Btrfs 管理工具提供於 btrfsprogs 套件中。如需有關使用 Btrfs 指令的資訊，請參閱 man 8 btrfs、man 8 btrfsck 和 man 8 mkfs.btrfs 指令。如需 Btrfs 功能的資訊，請參閱 Btrfs wiki，網址為 http://btrfs.wiki.kernel.org。

Btrfs 根檔案系統子磁碟區 (例如 /var/log、/var/crash 或 /var/cache) 在正常運作期間可能會使用所有可用的磁碟空間，這會導致系統出現故障。為避免出現此狀況，SUSE Linux Enterprise Server 提供了 Btrfs 子磁碟區配額支援。只需依據 YaST 建議設定根檔案系統，便可啟用和設定子磁碟區配額。

1.2.5.2 在指令列上設定 Btrfs 配額 #

 

若要在指令列上設定根檔案系統的子磁碟區配額，請執行下列步驟：

1. 啟用配額支援：

   > sudo btrfs quota enable /

2. 取得子磁碟區清單：

   > sudo btrfs subvolume list /

   只能為現有子磁碟區設定配額。

3. 為上一步中所列的其中一個子磁碟區設定配額。可以透過路徑 (例如 /var/tmp) 識別子磁碟區，也可以透過 0/SUBVOLUME ID (例如 0/272) 來識別。以下範例為 /var/tmp 設定 5 GB 配額。

   > sudo btrfs qgroup limit 5G /var/tmp

   大小單位可以是位元組 (5000000000)、KB (5000000K)、MB (5000M) 或 GB (5G)。以位元組為單位產生的值略有不同，因為 1024 位元組 = 1 KiB，1024 KiB = 1 MiB，等等

4. 若要列出現有配額，請使用以下指令。max_rfer 欄以位元組為單位顯示配額。

   > sudo btrfs qgroup show -r /

提示：取消配額

如果您要取消現有配額，請將配額大小設定為 none︰

> sudo btrfs qgroup limit none /var/tmp

若要停用某個分割區及其所有子磁碟區的配額支援，請使用 btrfs quota disable：

> sudo btrfs quota disable /

重要：啟用交換建立快照

如果來源子磁碟區包含任何已啟用的交換檔案，則您無法建立快照。

如果滿足與產生的交換檔案相關的以下準則，則 SLES 支援在 Btrfs 檔案系統上的檔案交換：

Btrfs 允許產生快照來擷取檔案系統的狀態。例如，在系統變更之前和之後，Snapper 可以使用此功能來建立快照，以便進行復原。但是，將快照與傳送/接收功能結合使用，可以在遠端位置建立和維護檔案系統的副本。例如，此功能可用於執行增量備份。

btrfs send 操作可計算同一個子磁碟區中兩個唯讀快照之間的差異，並將計算結果傳送到某個檔案或 STDOUT。btrfs receive 操作會接收 send 指令的結果，並將其套用至快照。

1.2.7.2 增量備份 #

 

以下程序展示了 Btrfs 傳送/接收操作的基本用法，其中示範了如何在 /backup/data (目標端) 中建立 /data (來源端) 的增量備份。/data 需為子磁碟區。

程序 1.1︰ 啟始設定 #

 

1. 在來源端建立啟始快照 (在本範例中名為 snapshot_0)，並確定將其寫入磁碟：

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

   系統即會建立一個新子磁碟區 /data/bkp_data。該子磁碟區將用做後續增量備份的基礎，應將其保留以供參考。

2. 將啟始快照傳送至目標端。由於這是啟始的傳送/接收操作，因此需要傳送整個快照：

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

   目標端上會建立一個新子磁碟區 /backup/bkp_data。

完成啟始設定後，可以建立增量備份，並將目前快照與先前快照之間的差異傳送至目標端。程序永遠是相同的：

1. 在來源端建立新快照。

2. 將差異傳送至目標端。

3. 選擇性：重新命名和/或清理兩端中的快照。

程序 1.2︰ 執行增量備份 #

 

1. 在來源端建立新快照，並確定將其寫入磁碟。在下面的範例中，快照命名為 bkp_data_CURRENT_DATE：

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

   建立新子磁碟區，例如 /data/bkp_data_2016-07-07。

2. 將先前快照與您建立的快照之間的差異傳送至目標端。為此，可以使用選項 -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'

   系統即會建立一個新子磁碟區 /backup/bkp_data_2016-07-07。

3. 因此存在四個快照，每端各有兩個：

   /data/bkp_data

   /data/bkp_data_2016-07-07

   /backup/bkp_data

   /backup/bkp_data_2016-07-07

   現在，您可以使用三個選項繼續操作：

   • 保留兩端中的所有快照。如果使用此選項，您可以復原到兩端中的任意快照，同時可以複製所有資料。不需採取任何動作。執行後續增量備份時，請記得使用倒數第二個快照做為傳送操作的父代。

   • 僅保留來源端中的最後一個快照，並保留目標端中的所有快照。此外，允許復原到兩端中的任意快照 - 若要復原到來源端中的特定快照，請針對整個快照，執行從目標端到來源端的傳送/接收操作。在來源端執行刪除/移動操作。

   • 僅保留兩端中的最後一個快照。如此即可在目標端建立一個備份，該備份代表來源端中產生之最後一個快照的狀態。無法復原到其他快照。在來源端和目標端執行刪除/移動操作。

   1. 如果只想保留來源端中的最後一個快照，請執行以下指令：

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

      第一條指令將刪除先前的快照，第二條指令將目前的快照重新命名為 /data/bkp_data。這可確保備份的最後一個快照一律命名為 /data/bkp_data。因此，您也可以永遠使用此子磁碟區名稱做為增量傳送操作的父代。

   2. 如果只想保留目標端中的最後一個快照，請執行以下指令：

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

      第一條指令將刪除先前的備份快照，第二條指令將目前的備份快照重新命名為 /backup/bkp_data。這可確保最新的備份快照一律命名為 /backup/bkp_data。

提示：傳送至遠端目標端

若要將快照傳送至遠端機器，請使用 SSH：

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

Btrfs 支援重複資料刪除功能，具體方式為以指向公用儲存位置中之區塊單一副本的邏輯連結取代檔案系統中完全相同的區塊。SUSE Linux Enterprise Server 提供了 duperemove 工具，可掃描檔案系統中有無完全相同的區塊。在 Btrfs 檔案系統上使用時，也可以用來刪除這些重複的區塊，從而節省檔案系統上的空間。系統上預設不會安裝 duperemove。若要使它可用，請安裝套件 duperemove。

注意：刪除重複的大型資料集

如果您要刪除大量檔案中的重複資料，請使用 --hashfile 選項：

> sudo duperemove --hashfile HASH_FILE file1 file2 file3

--hashfile 選項會將所有指定檔案的雜湊儲存到 HASH_FILE (而不是 RAM 中)，以防耗盡 RAM。HASH_FILE 可重複使用 - 完成產生基線雜湊檔案的初始執行後，可立即刪除對大型資料集的重複變更。

duperemove 可以針對一系列檔案操作，也可以以遞迴方式掃描某個目錄：

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

它有兩種運作模式：唯讀和重複資料刪除。以唯讀模式執行時 (即不使用 -d 參數)，它會掃描給定檔案或目錄中的重複區塊，並將其列印出來。此模式適用於所有檔案系統。

以重複資料刪除模式執行 duperemove 僅在 Btrfs 檔案系統上受支援。掃描給定檔案或目錄之後，它會提交重複的區塊以進行重複資料刪除。

如需詳細資訊，請參閱man 8 duperemove。

出於特定目的，您可能需要從根檔案系統中刪除某個預設的 Btrfs 子磁碟區。目的之一是將某個子磁碟區 (例如 @/home 或 @/srv) 轉換成獨立裝置上的檔案系統。以下程序說明如何刪除 Btrfs 子磁碟區：

SUSE Linux Enterprise Server 支援 XFS 檔案系統的「磁碟上格式」(v5)。這種格式的主要優點包括，自動獲取所有 XFS 中繼資料的檢查總數、檔案類型支援以及支援檔案更多數量的存取控制清單。

請注意，以下元件不支援此格式：低於 3.12 版的 SUSE Linux Enterprise 核心、低於 3.2.0 版的 xfsprogs，以及在 SUSE Linux Enterprise 12 之前發佈的 GRUB 2 版本。

重要：V4 將棄用

XFS 即將棄用採用 V4 格式的檔案系統。此檔案系統格式是由以下指令建立：

mkfs.xfs -m crc=0 DEVICE

該格式在 SLE 11 和更低版本中使用，目前它透過 dmesg 建立警告訊息：

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

如果您在 dmesg 指令的輸出中看到上述訊息，建議將檔案系統更新至 V5 格式：

1. 將資料備份至另一部裝置。

2. 在該裝置上建立檔案系統。

   mkfs.xfs -m crc=1 DEVICE

3. 從已更新裝置上的備份還原資料。

Ext2 的程式碼為 Ext3 奠定了堅實的基礎，使後者成為受到高度評價的下一代檔案系統。在 Ext3 中完美融合了 Ext2 的可靠性和穩固性特點，同時具備日誌記錄檔案系統的優點。不像轉換至其他日誌記錄檔案系統 (例如 XFS) 那麼費時 (備份整個檔案系統，然後從頭開始重新建立)，轉換至 Ext3 僅需數分鐘。它還非常安全，因為從頭開始重新建立整個檔案系統，並不能確保萬無一失。考慮一下等候升級至日誌記錄檔案系統的現有 Ext2 系統數量，您可以輕易瞭解為什麼 Ext3 對很多系統管理員都具有一定重要性。從 Ext3 降級至 Ext2 就和升級一樣容易。將 Ext3 檔案系統乾淨地取消掛接，然後重新掛接成 Ext2 檔案系統即可。

若要將 Ext2 檔案系統轉換為 Ext3，請執行下列步驟：

其他日誌記錄檔案系統，有些會依照「僅中繼資料」日誌記錄方法。這表示您的中繼資料會始終維持一致的狀態，但這並不能自動保證檔案系統資料本身的一致性。Ext4 的設計是妥善管理中繼資料和資料二者。「管理」的程度可以自訂。以 data=journal 模式掛接 Ext4 可提供最大的安全性 (資料整合性)，不過因為中繼資料和資料會寫入日誌，所以系統速度會減慢。另一種方法是使用 data=ordered 模式，這樣可以確定資料和中繼資料整合性，不過僅限中繼資料使用日誌。檔案系統驅動程式會收集所有對應至某一中繼資料更新的所有資料區塊。更新中繼資料前，這些資料區塊會寫入硬碟。如此一來便可以達到中繼資料和資料的一致性，不會犧牲效能。第三個可用的掛接選項是 data=writeback，它允許資料在其中繼資料已經提交至日誌後再寫入主要檔案系統。一般認為此選項的效能最好。不過，它可以允許在損毀和復原舊資料後，重新顯示舊資料，同時又維護內部檔案系統整合性。Ext4 使用 data=ordered 選項做為預設值。

Inode 會儲存檔案及其在檔案系統中之區塊位置的相關資訊。為了在 Inode 中留出空間用於延伸的屬性和 ACL，預設的 inode 大小已增大至 256 位元組。

當您建立新的 Ext4 檔案系統時，系統將根據可建立的 Inode 總數預先配置 Inode 表格中的空間。每 Inode 的位元組數比率和檔案系統的大小決定了可以建立的 Inode 數。檔案系統建立後，將會為每一個每 Inode 的位元組數位元組空間建立一個 Inode：

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

Inode 數控制了檔案系統中可容納的檔案數：一個檔案對應一個 Inode。

重要：無法變更現有 Ext4 檔案系統的 inode 大小

配置 Inode 之後，您無法變更 Inode 大小或每 Inode 的位元組數比率的設定。如果不使用其他設定重新建立檔案系統，或不延伸檔案系統，則無法新增 Inode。當超出最大 Inode 數時，除非刪除某些檔案，否則無法在檔案系統上建立新的檔案。

建立新的 Ext4 檔案系統時，您可以指定 Inode 大小和每 Inode 的位元組數比率來控制 Inode 空間使用量以及檔案系統上所允許的檔案數。如果未指定區塊大小、inode 大小以及每 inode 的位元組數比率值，將會套用 /etc/mked2fs.conf 檔案中的預設值。相關資訊請參閱 mke2fs.conf(5) 手冊頁。

使用下列準則：

使用下列任一種方法來設定 Inode 大小和每 Inode 的位元組數比率：

定期 TRIM 由 systemd 定期呼叫的 fstrim 指令處理。您也可以手動執行該指令。

若要排程定期 TRIM，請如下所示啟用 fstrim.timer：

> sudo systemctl enable fstrim.timer

systemd 會在 /usr/lib/systemd/system 中建立一個單元檔案。依預設，該服務每週執行一次，這種頻率通常已足夠。但是，您可以將 OnCalendar 選項設定為所需值來變更頻率。

fstrim 的預設行為是丟棄檔案系統中的所有區塊。您可以在呼叫該指令時使用選項來修改此行為。例如，可以傳遞 offset 選項來定義釋放程序的開始位置。如需詳細資料，請參閱man fstrim。

fstrim 指令可對儲存在 /etc/fstab 檔案中且支援 TRIM 操作的所有裝置執行修整 — 為此，請在呼叫該指令時使用 -A 選項。

若要停用特定裝置的修整，請將選項 X-fstrim.notrim 新增至 /etc/fstab 檔案，如下所示：

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

每次向裝置寫入資料時，都會對該裝置執行線上 TRIM。

若要啟用裝置的線上 TRIM，請將 discard 選項新增至 /etc/fstab 檔案，如下所示：

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

或者，在 Ext4 檔案系統上，可以使用 tune2fs 指令在 /etc/fstab 中設定 discard 選項：

> sudo tune2fs -o discard DEVICE

如果是透過 mount 結合 discard 選項掛接的裝置，還需將 discard 選項新增至 /etc/fstab：

> sudo mount -o discard DEVICE

注意：線上 TRIM 的缺點

使用 discard 選項可能會縮短某些品質不佳的 SSD 裝置的使用壽命。線上 TRIM 還可能會影響裝置的效能，例如，在刪除大量資料的情況下。在這種情況下，可能會重新配置一個去除區塊，並在短時間後，再次將同一去除區塊標示為未使用。

使用 Btrfs 檔案系統的根 (/) 分割區停止接受資料。您收到錯誤「No space left on device」。

請參閱下列各節，瞭解有關此問題的可能原因和預防措施的資訊。

btrfs balance 指令是 btrfs-progs 套件的一部分。它可以在以下範例情況下平衡 Btrfs 檔案系統上的區塊群組：

提示

若要微調 Btrfs 檔案系統上平衡資料的預設行為 (例如，平衡的頻率或掛接點)，請檢查並自訂 /etc/sysconfig/btrfsmaintenance。相關選項以 BTRFS_BALANCE_ 開頭。

如需 btrfs balance 指令用法的詳細資料，請參閱其手冊頁 (man 8 btrfs-balance)。

Linux 檔案系統包含相應的機制用於避免資料分散，因此通常沒有必要執行磁碟重組。但在某些使用場合下，資料分散不可避免，而對硬碟進行磁碟重組可以顯著提高效能。

這種做法僅適用於常設硬碟。在使用快閃記憶體儲存資料的固態硬碟 (SSD) 中，韌體提供的演算法可以確定要將資料寫入哪些晶片。資料通常散佈在裝置的各個位置。因此，對 SSD 進行磁碟重組並不能取得所需的效果，反而會因為寫入不必要的資料而縮短 SSD 的壽命。

出於上述原因，SUSE 明確建議不要對 SSD 進行磁碟重組。某些廠商還會警告對其固態硬碟進行磁碟重組所產生的後果。這些品牌包括但不限於：