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linux btrfs文件系统及管理

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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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  1. [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。   
  2. usage: btrfs [--help] [--version] <group> [<group>...] <command> [<args>]   
  3.     btrfs subvolume create [-i <qgroupid>] [<dest>/]<name> #创建子卷     
  4.         Create a subvolume                     
  5.     btrfs subvolume delete [options] <subvolume> [<subvolume>...] #删除子卷    
  6.         Delete subvolume(s)   
  7.     btrfs subvolume list [options] [-G [+|-]value] [-C [+|-]value] [--sort=gen,ogen,rootid,path] <path> #显示子卷列表   
  8.         List subvolumes (and snapshots)   
  9.     btrfs subvolume snapshot [-r] [-i <qgroupid>] <source> <dest>|[<dest>/]<name> #创建子卷快照     
  10.         Create a snapshot of the subvolume   
  11.     btrfs subvolume get-default <path>  #获取子卷默认的文件系统   
  12.         Get the default subvolume of a filesystem   
  13.     btrfs subvolume set-default <subvolid> <path> #设置默认系统给子卷    
  14.         Set the default subvolume of a filesystem   
  15.     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   
  16.         List the recently modified files in a filesystem   
  17.     btrfs subvolume show <subvol-path>  #显示更多的子卷信息    
  18.         Show more information of the subvolume   
  19.     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。   
  20.         Wait until given subvolume(s) are completely removed from the filesystem.   
  21.     btrfs filesystem df [options] <path>  #显示挂载的文件系统详细信息。   
  22.         Show space usage information for a mount point   
  23.     btrfs filesystem show [options] [<path>|<uuid>|<device>|label]  #显示创建文件系统的磁盘信息。   
  24.         Show the structure of a filesystem   
  25.     btrfs filesystem sync <path>  #强制文件系统同步，   
  26.         Force a sync on a filesystem   
  27.     btrfs filesystem defragment [options] <file>|<dir> [<file>|<dir>...]  #碎片整理    
  28.         Defragment a file or a directory   
  29.     btrfs filesystem resize [devid:][+/-]<newsize>[kKmMgGtTpPeE]|[devid:]max <path>  #btrfs文件系统在线扩展和缩减空间    
  30.         Resize a filesystem   
  31.     btrfs filesystem label [<device>|<mount_point>] [<newlabel>]  #改变btrfs文件系统卷标    
  32.         Get or change the label of a filesystem   
  33.     btrfs filesystem usage [options] <path> [<path>..]  #显示文件系统当前的使用信息。   
  34.         Show detailed information about internal filesystem usage .   
  35.     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。   
  36.         Balance chunks across the devices   
  37.     btrfs balance pause <path>                                                                       #暂停chunk更改，数据量较大，转换时间较长时，先暂停。   
  38.         Pause running balance   
  39.     btrfs balance cancel <path>                                                                     #取消chunk更改，如上   
  40.         Cancel running or paused balance   
  41.     btrfs balance resume <path>                                                                   #中断balance的操作，如上   
  42.         Resume interrupted balance   
  43.     btrfs balance status [-v] <path>                                                                  #显示balance操作状态  如上   
  44.         Show status of running or paused balance   
  45.     btrfs device add [options] <device> [<device>...] <path>  #文件系统增加磁盘    
  46.         Add a device to a filesystem   
  47.     btrfs device delete <device> [<device>...] <path>   #文件系统删除磁盘   
  48.         Remove a device from a filesystem   
  49.     btrfs device scan [(-d|--all-devices)|<device> [<device>...]]  #文件系统磁盘扫描   
  50.         Scan devices for a btrfs filesystem   
  51.     btrfs device ready <device>                                                                          #猜测是检测加入的设备有没有被挂载   
  52.         Check device to see if it has all of its devices in cache for mounting       
  53.     btrfs device stats [-z] <path>|<device>   #显示文件系统的设备状态   
  54.         Show current device IO stats. -z to reset stats afterwards.   
  55.     btrfs device usage [options] <path> [<path>..]    #显示文件系统内部设备详细使用信息    
  56.         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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  1. [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。   
  2. Disk /dev/sda: 107.4 GB, 107374182400 bytes, 209715200 sectors   
  3. Disk /dev/sdb: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors   
  4. Disk /dev/sdc: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors   
  5. Disk /dev/sde: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors   
  6. Disk /dev/sdd: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors  

创建单分区btrfs并查看

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

再添加一块磁盘

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  1. [root@localhost ~]# btrfs device add /dev/sdc /btrfs   #添加磁盘，删除用btrfs device delete  /dev/sdc /btrfs     
  2. [root@localhost ~]# btrfs fi sh   
  3. Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
  4.  Total devices 2 FS bytes used 384.00KiB   
  5.  devid    1 size 20.00GiB used 2.04GiB path /dev/sdb   
  6.  devid    2 size 20.00GiB used 0.00B path /dev/sdc   
  7. btrfs-progs v3.19.1   
  8. [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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  1. [root@localhost ~]# btrfs fi resize -10G /btrfs/  #在线缩减空间   
  2. Resize '/btrfs/' of '-10G'  
  3. [root@localhost ~]# btrfs fi sh   
  4. Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
  5.  Total devices 2 FS bytes used 384.00KiB   
  6.  devid    1 size 10.00GiB used 2.04GiB path /dev/sdb   
  7.  devid    2 size 20.00GiB used 0.00B path /dev/sdc   
  8. btrfs-progs v3.19.1   
  9. [root@localhost ~]# btrfs fi resize +7G /btrfs/  #在线增加空间   
  10. Resize '/btrfs/' of '+7G'  
  11. [root@localhost ~]# btrfs fi sh   
  12. Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
  13.  Total devices 2 FS bytes used 384.00KiB   
  14.  devid    1 size 17.00GiB used 2.04GiB path /dev/sdb   
  15.  devid    2 size 20.00GiB used 0.00B path /dev/sdc   
  16. btrfs-progs v3.19.1   
  17. [root@localhost ~]#  

在线更改数据和元数据的结构

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  1. [root@localhost ~]# btrfs fi df /btrfs/   
  2. Data, single: total=8.00MiB, used=256.00KiB   
  3. System, DUP: total=8.00MiB, used=16.00KiB   
  4. System, single: total=4.00MiB, used=0.00B   
  5. Metadata, DUP: total=1.00GiB, used=112.00KiB   
  6. Metadata, single: total=8.00MiB, used=0.00B   
  7. GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B   
  8. [root@localhost ~]# btrfs balance start -mconvert=raid1 /btrfs/   #-mconvert 为改变metadata元数据区的存储结构   
  9. Done, had to relocate 4 out of 5 chunks   
  10. [root@localhost ~]# btrfs fi sh   
  11. Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
  12.  Total devices 2 FS bytes used 192.00KiB   
  13.  devid    1 size 17.00GiB used 296.00MiB path /dev/sdb   
  14.  devid    2 size 20.00GiB used 288.00MiB path /dev/sdc   
  15. btrfs-progs v3.19.1   
  16. [root@localhost ~]# btrfs fi df /btrfs/   
  17. Data, single: total=8.00MiB, used=64.00KiB   
  18. System, RAID1: total=32.00MiB, used=16.00KiB   
  19. Metadata, RAID1: total=256.00MiB, used=112.00KiB    #对比上改为了raid1   
  20. GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B   
  21. [root@localhost ~]# btrfs balance start -dconvert=raid1 /btrfs/  #-dconvert 为改变data数据区的存储结构   
  22. Done, had to relocate 1 out of 3 chunks   
  23. [root@localhost ~]# btrfs fi df /btrfs/   
  24. Data, RAID1: total=1.00GiB, used=320.00KiB    #对比上面改为了raid1    
  25. System, RAID1: total=32.00MiB, used=16.00KiB   
  26. Metadata, RAID1: total=256.00MiB, used=112.00KiB   
  27. GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B   
  28. [root@localhost ~]#  

显示当前文件系统使用信息

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  1. [root@localhost btrfs]# btrfs fi usage /btrfs/   
  2. Overall:   
  3.     Device size:  37.00GiB   #总的空间   
  4.     Device allocated:   2.56GiB   #分给元数据管理区的空间    
  5.     Device unallocated:  34.44GiB  #未分出去的     
  6.     Device missing:     0.00B   
  7.     Used: 896.00KiB    #使用了的空间    
  8.     Free (estimated):  18.22GiB(min: 18.22GiB)  #可用空间，这里因是raid1 镜像卷   
  9.     Data ratio:      2.00   
  10.     Metadata ratio:      2.00   
  11.     Global reserve:  16.00MiB(used: 0.00B)   
  12. Data,RAID1: Size:1.00GiB, Used:320.00KiB   
  13.    /dev/sdb   1.00GiB   
  14.    /dev/sdc   1.00GiB   
  15. Metadata,RAID1: Size:256.00MiB, Used:112.00KiB   
  16.    /dev/sdb 256.00MiB   
  17.    /dev/sdc 256.00MiB   
  18. System,RAID1: Size:32.00MiB, Used:16.00KiB   
  19.    /dev/sdb  32.00MiB   
  20.    /dev/sdc  32.00MiB   
  21. Unallocated:   
  22.    /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，   
  23.    /dev/sdc  18.72GiB     #可以看到具体某块磁盘的使用状况。   
  24. [root@localhost btrfs]# btrfs device stats /btrfs/   #查看磁盘错误信息   
  25. [/dev/sdb].write_io_errs   0   
  26. [/dev/sdb].read_io_errs    0   
  27. [/dev/sdb].flush_io_errs   0   
  28. [/dev/sdb].corruption_errs 0   
  29. [/dev/sdb].generation_errs 0   
  30. [/dev/sdc].write_io_errs   0   
  31. [/dev/sdc].read_io_errs    0   
  32. [/dev/sdc].flush_io_errs   0   
  33. [/dev/sdc].corruption_errs 0   
  34. [/dev/sdc].generation_errs 0   
  35. [root@localhost btrfs]# btrfs device usage /btrfs/    #磁盘的空间使用状态    
  36. /dev/sdb, ID: 1   
  37.    Device size:            20.00GiB   
  38.    Data,RAID1:              1.00GiB   
  39.    Metadata,RAID1:        256.00MiB   
  40.    System,RAID1:           32.00MiB   
  41.    Unallocated:            15.72GiB   
  42. /dev/sdc, ID: 2   
  43.    Device size:            20.00GiB   
  44.    Data,RAID1:              1.00GiB   
  45.    Metadata,RAID1:        256.00MiB   
  46.    System,RAID1:           32.00MiB   
  47.    Unallocated:            18.72GiB   
  48. 压缩测试   
  49. [root@localhost btrfs22]# du -sh /btrfs /btrfs22   
  50. 5.1G/btrfs   
  51. 5.1G/btrfs22   
  52. [root@localhost btrfs22]# btrfs fi show   
  53. Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a   
  54.  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。   
  55.  devid    1 size 17.00GiB used 1.28GiB path /dev/sdb   
  56.  devid    2 size 20.00GiB used 1.28GiB path /dev/sdc   
  57. Label: 'btrfs22'  uuid: d4da4497-b82e-4846-b51c-cd7127ff5c74   
  58.  Total devices 2 FS bytes used 5.01GiB    #btrfs22挂载没有启用压缩功能。   
  59.  devid    1 size 20.00GiB used 4.04GiB path /dev/sdd   
  60.  devid    2 size 20.00GiB used 4.00GiB path /dev/sde   
  61. btrfs-progs v3.19.1  

子卷和快照的管理

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  1. btrfs subvolume    
  2. [root@localhost btrfs22]# btrfs subvolume create /btrfs/btrfs.sub   #创建子卷     
  3. Create subvolume '/btrfs/btrfs.sub'  
  4. [root@localhost btrfs22]# btrfs subvolume list /btrfs   #显示子卷     
  5. ID 259 gen 43 top level 5 path btrfs.sub   
  6. [root@localhost btrfs22]# umount /btrfs   
  7. [root@localhost ~]# mount -o subvol=btrfs.sub /dev/sdc /btrfs.sub/  #单独挂载子卷    
  8. [root@localhost ~]# btrfs subvolume show /btrfs.sub/   
  9. /btrfs.sub   
  10.  Name: btrfs.sub   
  11.  uuid: 811deb2f-764f-6440-899c-cddb2b9867e2   
  12.  Parent uuid: -   
  13.  Creation time: 2016-05-11 08:43:51   
  14.  Object ID: 259   
  15.  Generation (Gen): 43   
  16.  Gen at creation: 43   
  17.  Parent: 5   
  18.  Top Level: 5   
  19.  Flags: -   
  20.  Snapshot(s):  

子卷删除

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  1. [root@localhost ~]# umount /btrfs.sub/    #卸卸载子卷    
  2. [root@localhost ~]# btrfs subvolume delete /btrfs/btrfs.sub   
  3.     #执行删除命令     
  4.        
  5. [root@localhost ~]# btrfs subvolume list /btrfs   
  6.       #查看 已经被删除    
  7. ID 260 gen 45 top level 5 path btrfs.sub22  

子卷快照，类似创建子卷

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  1. [root@localhost ~]# btrfs subvolume list /btrfs   
  2. ID 260 gen 45 top level 5 path btrfs.sub22   
  3. [root@localhost ~]# btrfs subvolume snapshot /btrfs/btrfs.sub22/ /btrfs/btrfs.sub22_snapshot   
  4. Create a snapshot of '/btrfs/btrfs.sub22/' in '/btrfs/btrfs.sub22_snapshot'  
  5. [root@localhost ~]# btrfs subvolume list /btrfs   
  6. ID 260 gen 50 top level 5 path btrfs.sub22   
  7. ID 262 gen 50 top level 5 path btrfs.sub22_snapshot  

单个文件快照

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  1. [root@localhost btrfs]# cp --relink hostname hostname_snap   
  2. cp: unrecognized option '--relink'  
  3. Try 'cp --help' for more information.   
  4. [root@localhost btrfs]# cp --reflink hostname hostname_snap   
  5. [root@localhost btrfs]# cp --reflink hostname hostname_snap^C   
  6. [root@localhost btrfs]# echo "magedu.com" >> hostname   
  7. [root@localhost btrfs]# cat hostname   
  8. localhost.localdomain   
  9. magedu.com   
  10. [root@localhost btrfs]# cat hostname_snap   
  11. localhost.localdomain   
  12. [root@localhost btrfs]#  

ext文件系统转换为btrfs

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  1. [root@localhost ~]# cp -r /tmp/* /sdf/   
  2. [root@localhost ~]# cd /sdf/   
  3. [root@localhost sdf]# ls   
  4. ks-script-OqV4Gb  lost+found  yum.log   
  5. [root@localhost ~]# umount /sdf/   #第一步，先卸载需要转换的ext分区   
  6. [root@localhost ~]# fsck -f /dev/sdf  #第二步，强制检测磁盘   
  7. fsck from util-linux 2.23.2   
  8. e2fsck 1.42.9 (28-Dec-2013)   
  9. Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes   
  10. Pass 2: Checking directory structure   
  11. Pass 3: Checking directory connectivity   
  12. Pass 4: Checking reference counts   
  13. Pass 5: Checking group summary information   
  14. /dev/sdf: 13/1310720 files (0.0% non-contiguous), 126323/5242880 blocks   
  15. [root@localhost ~]# btrfs-convert /dev/sdf  #第三步，执行转换命令   
  16. creating btrfs metadata.   
  17. copy inodes [o] [         0/        13]   
  18. creating ext2fs image file.   
  19. cleaning up system chunk.   
  20. conversion complete.   
  21. [root@localhost ~]# mount /dev/sdf /sdf/   
  22. [root@localhost ~]# cd /sdf/   
  23. [root@localhost sdf]# ls   
  24. 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   
  25. [root@localhost sdf]# cat ks-script-OqV4Gb     #转换后查看文件正常。   
  26. restorecon -ir /etc/sysconfig/network-scripts /var/lib /etc/lvm \   
  27.                /dev /etc/iscsi /var/lib/iscsi /root /var/lock /var/log \   
  28.                /etc/modprobe.d /etc/sysconfig /var/cache/yum   
  29. # Also relabel the OSTree variants of the normal mounts (if they exist)   
  30. restorecon -ir /var/roothome /var/home /var/opt /var/srv /var/media /var/mnt   
  31. restorecon -i /etc/rpm/macros /etc/dasd.conf /etc/zfcp.conf /lib64 /usr/lib64 \   
  32.               /etc/blkid.tab* /etc/mtab /etc/fstab /etc/resolv.conf \   
  33.               /etc/modprobe.conf* /var/log/*tmp /etc/crypttab \   
  34.               /etc/mdadm.conf /etc/sysconfig/network /root/install.log* \   
  35.               /etc/*shadow* /etc/dhcp/dhclient-*.conf /etc/localtime \   
  36.               /etc/hostname /root/install.log*   
  37. if [ -e /etc/zipl.conf ]; then  
  38.     restorecon -i /etc/zipl.conf   
  39. fi  
  40. [root@localhost sdf]# blkid /dev/sdf   
  41. /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   
  42. btrfs转回ext3   
  43. [root@localhost ~]# umount /sdf/    #第一步，卸载   
  44. [root@localhost ~]# btrfs-convert -r /dev/sdf   #第二步，执行转换命令                       
  45. rollback complete.   
  46. [root@localhost ~]# blkid /dev/sdf   
  47. /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。   
  48. [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。

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