Btrfs文件系统的管理和应用

    Btrfs（我们称之为Butter FS或者B-tree FS）被称为新一代的linux文件系统。一直以来，EXT文件系统以其卓越的稳定性成为linux标准的文件系统。但近年来，EXT3暴露出一些扩展性的问题（如单一文件大小限制、总文件系统大小限制等），于是便催生了EXT4。但同时，Btrfs向人们展现出诸多优秀的功能。目前很多厂商都投入到Btrfs文件系统的研发，诸多新的发行版也开始在新版本中支持此文件系统。

    一、btrfs文件系统的特性

      1、多物理卷支持：btrfs可以又多个底层物理卷组成，支持raid，可以联机“添加”“删除”“修改”；

      2、写时复制更新机制（CoW）:对数据的修改是遵循复制、修改和替换指针。当我们修改某文件时，不是直接修改源文件，而是先复制一份进行修改，修改完成后将源文件指针指向修改后的文件。

      3、数据及元数据校验码：存储文件时会把数据和元数据的校验码通过文件某些扩展保存下来，在读取文件时快速校验文件是否损坏，如果损坏会自动尝试修复文件。

      4、子卷（sub_volume）：每个子卷可以单独挂载。

      5、支持快照功能snapshot。

      6、透明压缩：自动通过占用cpu时钟周期的方式对数据自动进行压缩，读取的时候自动解压缩。

    二、btrfs文件系统的管理

      btrfs在centos7以上版本中已经默认支持，对于7以下的版本，需要重新编译及更新内核，并安装相关的管理工具才可以使用。

      为了更好的演示btrfs文件系统的相关功能，我们使用centos7系统，并单独添加一块硬盘，并划分三个独立分区sdb1、sdb2、sdb3。

      1、创建btrfs

        使用mkfs.btrfs命令创建btrfs

        mkfs.btrfs [OPTIONS] '<device>' ['<device>'…]

            常用选项：

            -L|–label <name> 指明卷标

               -m|–metadata <profile> 指明元数据存放机制，Valid values                   are raid0, raid1, raid5, raid6, raid10, single or dup.

            -d|–data <type>指明数据存放机制，Valid values are raid0,                 raid1, raid5, raid6, raid10 or single.

            -O|–features <feature1>[,<feature2>…]文件系统特性开关

                      可以通过mkfs.btrfs -O list-all查看支持哪些特性

          我们将sdb1和sdb2作为底层卷一起创建卷标为mybtrfs的文件系统，且label被挂在sdb1上，大小为两个分区大小之和。

        通过mount可以直接挂载使用该文件系统：

        通过blkid查看两个分区的文件系统信息：

        可以看到两个分区的LABEL和UUID是一样的，说明两个分区属于一个文件系统卷，但是子卷id是不一样的。

        2、btrfs文件系统的查看和设置

         btrfs filesystem show 查看

            –mounted  查看所有挂载的btrfs

            –all-devices 查看所有的btrfs，默认。

         btrfs filesystem sync 将挂载的文件系统在内存中的数据同步到硬盘

         btrfs filesystem df /PATH 查看已挂载文件系统的数据及元数据使用率情况。

            btrfs filesystem label [<dev>|<mountpoint>] [<newlabel>] 

            查看或修改设备或挂载点的卷标

           btrfs filesystem resize resize [<devid>:]<size>[gkm]|[<devid>:]max <path> 调整文件系统大小

        下面演示的是先减少500m空间然后还原。

        3、btrfs设备的查看和设置

        btrfs device add [-Kf] <dev> [<dev>…] <path>

        将分区sdb3加入到文件系统中，可以看到刚加入时候显示分区用量是0，             这是由于系统没有做数据均衡（balance），如果分区原来有别的文件系            统，可以用-f参数强制加入。 

        btrfs device delete <dev> [<dev>…] <path>

        删除一个设备，删除是要保证文件系统容量大于文件总大小，系统会自动            将要删除设备中的文件移动到其他设备中。

        btrfs device scan [(–all-devices|-d)|<device> [<device>…]]

        扫描btrfs文件系统设备

        btrfs device stats [-z] <path>|<device>

        查看文件系统I/O状态

        4、btrfs数据均衡

        对于新加入的底层设备，可以通过balance子命令进行将数据均衡到各个设备中。    

        btrfs balance start <path>开始数据均衡

        btrfs balance pause <path>暂停数据均衡，在数据量大且系统繁忙时

        btrfs balance resume <path>继续暂停的数据均衡

        btrfs balance cancle <path>取消在进行的或暂停的数据均衡

        btrfs balance status <path>查看正在进行或暂停的数据均衡状态

        通过balance子命令，还可以对数据和元数据的存放机制进行调整

        btrfs balance -dconvert={raid#,single}调整数据存放机制

        btrfs balance -mconvert={raid#,dup,single}调整元数据存放机制

        5、btrfs子卷（sub_volume）管理

        子卷（subvolume）是Btrfs的一个内部概念，每一个子卷构成一个子卷树。子卷相当于一个子文件系统，子卷中存储着在文件的元数据信息。这点需要区别于目录。通过subvolume子命令，可以创建、删除、查看子卷及快照卷

        btrfs subvolume create [-i <qgroupid>] [<dest>/]<name>

        创建子卷，如果dest不指定就指子卷会被创建在当前目录中

        btrfs subvolume delete [options] <subvolume> [<subvolume>…]

        删除子卷

        btrfs subvolume list [options] [-G [+|-]value] [-C [+|-]value] [–sort=gen,ogen,rootid,path] <path>查看子卷 

        -G +表示>=,-表示<=,不标注表示=

        创建新的子卷后，如果父卷已经挂载，子卷会自动挂载。如果要单独挂载子卷，需要先卸载附卷。

        快照(Snapshots)其实就是一种特殊的子卷, 它能记录下在创建它的那一刻,它所在的父子卷(parent subvolume)的所有内容。 如果想要创建一个文件或系统的备份, 那么就可以通过创建快照来快速实现。

        btrfs subvolume snapshot [-r] <source> <dest>|[<dest>/]<name>

        创建快照卷

        可以看到快照卷创建完成后自动完成了对于源目录的备份，当前文件系统有两个子卷

        btrfs subvolume show <subvol-path>查看子卷的详细信息

        6、将其他文件系统转换为btrfs

        卸载挂载的文件系统

        强制检查文件系统 fsck -f dev

        使用btrfs-convert dev装换

        查看是否转换成功并挂载看是否正常

        可以使用btrfs-convert -r dev回滚

         可以看到转换后文件系统可以正常挂载且原来文件都保持正常。

      btrfs文件系统目前已经得到了各大linux发行版的支持，虽然目前或者将来很久一段时间EXT文件系统仍然是linux文件系统的主流。但是一个事物必定有自己的生命周期，让我们对btrfs拭目以待。