Linux 上 btrfs 入门

Btrfs 已经可以在 Linux 上使用多年了，所以您可能已经熟悉它了。如果不熟悉，您可能会对它有疑问，特别是如果您使用 Fedora Workstation（Btrfs 现在是其默认文件系统）。本文旨在帮助您熟悉它及其高级功能，例如写入时复制和校验和。

Btrfs，是 B-Tree 文件系统（B-Tree Filesystem）的缩写，实际上是一个集文件系统和卷管理器于一体的系统。它通常被视为对 ZFS 的回应，ZFS 最初于 2005 年在 Sun Microsystem 的 Solaris 操作系统中引入，现在很大程度上被一个名为 OpenZFS 的开源实现所取代。Ubuntu Linux 和 FreeBSD 经常采用 OpenZFS。其他具有类似功能的例子包括 Red Hat 的 Stratis 和 Linux 逻辑卷管理器 (LVM)。

安装

为了尝试 Btrfs，我下载了 Fedora 33 Workstation ISO 文件，并将其安装到一个新的虚拟机 (VM) 中。安装过程与之前的版本没有变化。我没有自定义任何设置，包括驱动器分区和格式化，以保持本教程准确的“开箱即用”设置。虚拟机启动并运行后，我安装并运行了 GNOME 分区编辑器 (GParted)，以便清晰地查看出厂时的驱动器布局。

GParted's view of Btrfs on Fedora 33 Workstation using GParted

图片来源

^{(Alan Formy-Duvall, CC BY-SA 4.0)}

从这一点来看，它与您习惯的没有太大区别；事实上，您可以像往常一样使用该系统，甚至可能不会注意到文件系统是 Btrfs。但是，拥有这个新的默认设置使您能够利用一些很酷的功能。

检查 Btrfs 文件系统

我不知道有任何 Btrfs 专用的图形工具，尽管它的一些功能已被整合到现有的磁盘管理工具中。

从命令行，您可以更仔细地查看 Btrfs 格式

# btrfs filesystem show
Label: 'fedora_localhost-live'  uuid: f2bb02f9-5c41-4c91-8eae-827a801ee58a
	Total devices 1 FS bytes used 6.36GiB
	devid    1 size 10.41GiB used 8.02GiB path /dev/vda3

更改 Btrfs 标签

我注意到的第一件事是安装程序设置的文件系统标签：fedora_localhost-live。这不准确，因为它现在是一个已安装的系统，不再是 Live CD。所以我使用 btrfs filesystem label 命令更改了它。

更改 Btrfs 文件系统标签很简单

# btrfs filesystem label /
fedora_localhost-live
# btrfs filesystem label / fedora33workstation
# btrfs filesystem label /
fedora33workstation

管理 Btrfs 子卷

子卷看起来像是一个可以由 Btrfs 管理的标准目录。我的新 Fedora 33 Workstation 上有几个子卷

# btrfs subvolume list /
ID 256 gen 2458 top level 5 path home
ID 258 gen 2461 top level 5 path root
ID 265 gen 1593 top level 258 path var/lib/machines

使用 btrfs subvolume create 命令创建一个新的子卷，或使用 btrfs subvolume delete 删除一个子卷

# btrfs subvolume create /opt/foo
Create subvolume '/opt/foo'
# btrfs subvolume list /
ID 256 gen 2884 top level 5 path home
ID 258 gen 2888 top level 5 path root
ID 265 gen 1593 top level 258 path var/lib/machines
ID 276 gen 2888 top level 258 path opt/foo
# btrfs subvolume delete /opt/foo
Delete subvolume (no-commit): '/opt/foo'

子卷允许诸如设置配额、创建快照以及复制到其他位置和主机之类的操作。系统管理员如何利用这些功能？用户主目录又如何呢？

添加用户

自古以来就是这样，添加一个新的用户帐户会为该帐户创建一个主目录以供使用

# useradd student1
# getent passwd student1
student1:x:1006:1006::/home/student1:/bin/bash
# ls -l /home
drwx------. 1 student1 student1  80 Oct 29 00:21 student1

传统上，用户的主目录是 /home 的子目录。所有权和权限是为所有者量身定制的，但是没有用于管理它们的特殊功能。企业服务器环境是另一种场景。通常，会为一个特定的应用程序及其用户保留一个目录。您可以利用 Btrfs 来管理这些目录并应用约束。

为了适应 Btrfs 子卷作为用户主目录，useradd 命令有一个新的选项：--btrfs-subvolume-home。尽管手册页尚未更新（截至撰写本文时），但您可以通过运行 useradd --help 查看该选项。通过在添加新用户时传递此选项，将创建一个新的 Btrfs 子卷。它的功能就像 -d 选项创建常规目录一样

# useradd --btrfs-subvolume-home student2
Create subvolume '/home/student2'

使用 getent passwd student2 验证用户，它看起来会很正常。但是，运行 btrfs subvolume 命令列出子卷，您会看到一些有趣的东西：新用户的主目录！

# btrfs subvolume list /
ID 256 gen 2458 top level 5 path home
ID 258 gen 2461 top level 5 path root
ID 265 gen 1593 top level 258 path var/lib/machines
ID 272 gen 2459 top level 256 path home/student2

探索企业服务器环境的第二种场景。假设您需要在 /opt 中安装一个 WildFly 服务器并部署一个 Java Web 应用程序。通常，您的第一步是创建一个 wildfly 用户。使用新的 --btrfs-subvolume-home 选项以及 -b 选项来指定 /opt 作为基本目录来执行此操作

# useradd -b /opt --btrfs-subvolume-home wildfly
Create subvolume '/opt/wildfly'

现在，wildfly 用户可以登录并在 /opt/wildfly 中完成安装。

删除用户

当您删除用户时，有时您希望同时删除该用户的文件和主目录。 userdel 命令有 -r 选项用于此目的，它也会删除 Btrfs 子卷

# userdel -r student2
Delete subvolume (commit): '/home/student2'

设置磁盘使用配额

在我的计算机科学课程中，一位学生运行了一个失控的 C 程序，该程序一直写入磁盘，直到部门的 Unix 系统上的整个 /home 都被填满！服务器变得不可用，直到管理员终止了失控进程并清理了一些空间。上述场景也是如此；该 Wildfly 企业应用程序将为其用户提供越来越多的日志文件和内容存储。如何防止服务器因磁盘已满而停止运行？设置磁盘使用约束是一个好主意。幸运的是，Btrfs 通过配额支持这一点。

配置配额需要几个步骤。第一步是在 Btrfs 文件系统上启用 quota

# btrfs quota enable /

确保您知道每个子卷的配额组 (qgroup) ID 号，该 ID 号由 btrfs subvolume list 命令显示。每个子卷都需要一个基于其 ID 号的关联 qgroup。这可以通过 btrfs qgroup create 单独完成，但是，方便的是，Btrfs wiki 提供了以下命令来加快为文件系统上的子卷创建 qgroup 的速度

>btrfs subvolume list \<path> | cut -d' ' -f2 | xargs -I{} -n1 btrfs qgroup destroy 0/{} \<path>

在一个新安装的 Fedora 33 工作站系统中，您正在根文件系统路径 / 上操作。将 \<path> 替换为根路径

# btrfs subvolume list / | cut -d' ' -f2 | xargs -I{} -n1 btrfs qgroup create 0/{} /

然后运行 btrfs quota rescan 并查看新的 qgroup

# btrfs quota rescan /
quota rescan started
# btrfs qgroup show /
qgroupid         rfer         excl 
--------         ----         ---- 
0/5          16.00KiB     16.00KiB 
0/256       272.04MiB    272.04MiB 
0/258         6.08GiB      6.08GiB 
0/265        16.00KiB     16.00KiB 
0/271        16.00KiB     16.00KiB 
0/273        16.00KiB     16.00KiB

现在您可以为其中一个 qgroup 分配配额，配额会应用于其关联的子卷。因此，如果您想将 student3 的主目录使用量限制为 1GB，请使用 btrfs qgroup limit 命令

# btrfs qgroup limit 1G /home/student3

确认特定子卷的配额

# btrfs qgroup show -reF /home/student3
qgroupid         rfer         excl     max_rfer     max_excl 
--------         ----         ----     --------     -------- 
0/271        16.00KiB     16.00KiB      1.00GiB         none

稍有不同的选项将显示所有 qgroup 和任何已设置的配额

# btrfs qgroup show -re /
qgroupid         rfer         excl     max_rfer     max_excl 
--------         ----         ----     --------     -------- 
0/5          16.00KiB     16.00KiB         none         none 
0/256       272.04MiB    272.04MiB         none         none 
0/258         6.08GiB      6.08GiB         none         none 
0/265        16.00KiB     16.00KiB         none         none 
0/271        16.00KiB     16.00KiB      1.00GiB         none 
0/273        16.00KiB     16.00KiB         none         none