btrfs文件系统及管理

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：

[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。
usage: btrfs [--help] [--version] <group> [<group>...] <command> [<args>]
    btrfs subvolume create [-i <qgroupid>] [<dest>/]<name> #创建子卷  
        Create a subvolume                  
    btrfs subvolume delete [options] <subvolume> [<subvolume>...] #删除子卷 
        Delete subvolume(s)
    btrfs subvolume list [options] [-G [+|-]value] [-C [+|-]value] [--sort=gen,ogen,rootid,path] <path> #显示子卷列表
        List subvolumes (and snapshots)
    btrfs subvolume snapshot [-r] [-i <qgroupid>] <source> <dest>|[<dest>/]<name> #创建子卷快照  
        Create a snapshot of the subvolume
    btrfs subvolume get-default <path>  #获取子卷默认的文件系统
        Get the default subvolume of a filesystem
    btrfs subvolume set-default <subvolid> <path> #设置默认系统给子卷 
        Set the default subvolume of a filesystem
    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
        List the recently modified files in a filesystem
    btrfs subvolume show <subvol-path>  #显示更多的子卷信息 
        Show more information of the subvolume
    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。
        Wait until given subvolume(s) are completely removed from the filesystem.
    btrfs filesystem df [options] <path>  #显示挂载的文件系统详细信息。
        Show space usage information for a mount point
    btrfs filesystem show [options] [<path>|<uuid>|<device>|label]  #显示创建文件系统的磁盘信息。
        Show the structure of a filesystem
    btrfs filesystem sync <path>  #强制文件系统同步，
        Force a sync on a filesystem
    btrfs filesystem defragment [options] <file>|<dir> [<file>|<dir>...]  #碎片整理 
        Defragment a file or a directory
    btrfs filesystem resize [devid:][+/-]<newsize>[kKmMgGtTpPeE]|[devid:]max <path>  #btrfs文件系统在线扩展和缩减空间 
        Resize a filesystem
    btrfs filesystem label [<device>|<mount_point>] [<newlabel>]  #改变btrfs文件系统卷标 
        Get or change the label of a filesystem
    btrfs filesystem usage [options] <path> [<path>..]  #显示文件系统当前的使用信息。
        Show detailed information about internal filesystem usage .
    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。
        Balance chunks across the devices
    btrfs balance pause <path>                                                                       #暂停chunk更改，数据量较大，转换时间较长时，先暂停。
        Pause running balance
    btrfs balance cancel <path>                                                                     #取消chunk更改，如上
        Cancel running or paused balance
    btrfs balance resume <path>                                                                   #中断balance的操作，如上
        Resume interrupted balance
    btrfs balance status [-v] <path>                                                                  #显示balance操作状态  如上
        Show status of running or paused balance
    btrfs device add [options] <device> [<device>...] <path>  #文件系统增加磁盘 
        Add a device to a filesystem
    btrfs device delete <device> [<device>...] <path>   #文件系统删除磁盘
        Remove a device from a filesystem
    btrfs device scan [(-d|--all-devices)|<device> [<device>...]]  #文件系统磁盘扫描
        Scan devices for a btrfs filesystem
    btrfs device ready <device>                                                                          #猜测是检测加入的设备有没有被挂载
        Check device to see if it has all of its devices in cache for mounting    
    btrfs device stats [-z] <path>|<device>   #显示文件系统的设备状态
        Show current device IO stats. -z to reset stats afterwards.
    btrfs device usage [options] <path> [<path>..]    #显示文件系统内部设备详细使用信息 
        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 

[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。
Disk /dev/sda: 107.4 GB, 107374182400 bytes, 209715200 sectors
Disk /dev/sdb: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Disk /dev/sdc: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Disk /dev/sde: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Disk /dev/sdd: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors

创建单分区btrfs并查看

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

再添加一块磁盘

[root@localhost ~]# btrfs device add /dev/sdc /btrfs   #添加磁盘，删除用btrfs device delete  /dev/sdc /btrfs  
[root@localhost ~]# btrfs fi sh
Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a
 Total devices 2 FS bytes used 384.00KiB
 devid    1 size 20.00GiB used 2.04GiB path /dev/sdb
 devid    2 size 20.00GiB used 0.00B path /dev/sdc
btrfs-progs v3.19.1
[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。

[root@localhost ~]# btrfs fi resize -10G /btrfs/  #在线缩减空间
Resize '/btrfs/' of '-10G'
[root@localhost ~]# btrfs fi sh
Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a
 Total devices 2 FS bytes used 384.00KiB
 devid    1 size 10.00GiB used 2.04GiB path /dev/sdb
 devid    2 size 20.00GiB used 0.00B path /dev/sdc
btrfs-progs v3.19.1
[root@localhost ~]# btrfs fi resize +7G /btrfs/  #在线增加空间
Resize '/btrfs/' of '+7G'
[root@localhost ~]# btrfs fi sh
Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a
 Total devices 2 FS bytes used 384.00KiB
 devid    1 size 17.00GiB used 2.04GiB path /dev/sdb
 devid    2 size 20.00GiB used 0.00B path /dev/sdc
btrfs-progs v3.19.1
[root@localhost ~]#

在线更改数据和元数据的结构

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

显示当前文件系统使用信息

[root@localhost btrfs]# btrfs fi usage /btrfs/
Overall:
    Device size:  37.00GiB   #总的空间
    Device allocated:   2.56GiB   #分给元数据管理区的空间 
    Device unallocated:  34.44GiB  #未分出去的  
    Device missing:     0.00B
    Used: 896.00KiB    #使用了的空间 
    Free (estimated):  18.22GiB(min: 18.22GiB)  #可用空间，这里因是raid1 镜像卷
    Data ratio:      2.00
    Metadata ratio:      2.00
    Global reserve:  16.00MiB(used: 0.00B)
Data,RAID1: Size:1.00GiB, Used:320.00KiB
   /dev/sdb   1.00GiB
   /dev/sdc   1.00GiB
Metadata,RAID1: Size:256.00MiB, Used:112.00KiB
   /dev/sdb 256.00MiB
   /dev/sdc 256.00MiB
System,RAID1: Size:32.00MiB, Used:16.00KiB
   /dev/sdb  32.00MiB
   /dev/sdc  32.00MiB
Unallocated:
   /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，
   /dev/sdc  18.72GiB     #可以看到具体某块磁盘的使用状况。
[root@localhost btrfs]# btrfs device stats /btrfs/   #查看磁盘错误信息
[/dev/sdb].write_io_errs   0
[/dev/sdb].read_io_errs    0
[/dev/sdb].flush_io_errs   0
[/dev/sdb].corruption_errs 0
[/dev/sdb].generation_errs 0
[/dev/sdc].write_io_errs   0
[/dev/sdc].read_io_errs    0
[/dev/sdc].flush_io_errs   0
[/dev/sdc].corruption_errs 0
[/dev/sdc].generation_errs 0
[root@localhost btrfs]# btrfs device usage /btrfs/    #磁盘的空间使用状态 
/dev/sdb, ID: 1
   Device size:            20.00GiB
   Data,RAID1:              1.00GiB
   Metadata,RAID1:        256.00MiB
   System,RAID1:           32.00MiB
   Unallocated:            15.72GiB
/dev/sdc, ID: 2
   Device size:            20.00GiB
   Data,RAID1:              1.00GiB
   Metadata,RAID1:        256.00MiB
   System,RAID1:           32.00MiB
   Unallocated:            18.72GiB
压缩测试
[root@localhost btrfs22]# du -sh /btrfs /btrfs22
5.1G/btrfs
5.1G/btrfs22
[root@localhost btrfs22]# btrfs fi show
Label: 'btrfs'  uuid: 2a9f0d3d-f8a0-4757-9f4e-d1efa04a683a
 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。
 devid    1 size 17.00GiB used 1.28GiB path /dev/sdb
 devid    2 size 20.00GiB used 1.28GiB path /dev/sdc
Label: 'btrfs22'  uuid: d4da4497-b82e-4846-b51c-cd7127ff5c74
 Total devices 2 FS bytes used 5.01GiB    #btrfs22挂载没有启用压缩功能。
 devid    1 size 20.00GiB used 4.04GiB path /dev/sdd
 devid    2 size 20.00GiB used 4.00GiB path /dev/sde
btrfs-progs v3.19.1

子卷和快照的管理 

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

子卷删除  

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

子卷快照，类似创建子卷

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

单个文件快照

[root@localhost btrfs]# cp --relink hostname hostname_snap
cp: unrecognized option '--relink'
Try 'cp --help' for more information.
[root@localhost btrfs]# cp --reflink hostname hostname_snap
[root@localhost btrfs]# cp --reflink hostname hostname_snap^C
[root@localhost btrfs]# echo "magedu.com" >> hostname
[root@localhost btrfs]# cat hostname
localhost.localdomain
magedu.com
[root@localhost btrfs]# cat hostname_snap
localhost.localdomain
[root@localhost btrfs]#

ext文件系统转换为btrfs 

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