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B-tree 文件系統(tǒng)（Btrfs）融合了文件系統(tǒng)和卷管理器。它為 Linux 操作系統(tǒng)提供了高級(jí)文件系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)擁有的諸多不錯(cuò)的功能特性。

好幾年前 Btrfs 就已經(jīng)可以在 Linux 中使用了，所以你可能已經(jīng)熟悉它了。如果沒有，你可能對它尚有疑慮，尤其是如果你使用的是 Fedora 工作站 （Btrfs 現(xiàn)在是它的默認(rèn)文件系統(tǒng)）。本文旨在幫助你熟悉它及其高級(jí)功能，例如 寫時(shí)復(fù)制 和 校驗(yàn)和。

Btrfs 是 “B-Tree Filesystem” 的縮寫，實(shí)際上是文件系統(tǒng)和卷管理器的結(jié)合體。它通常被視為對 ZFS 的回應(yīng)，ZFS 早在 2005 年就被引入 Sun 微系統(tǒng)的 Solaris 操作系統(tǒng)中，現(xiàn)在基本上被一個(gè)名為 OpenZFS 的開源實(shí)現(xiàn)所取代。Ubuntu 和 FreeBSD 常常使用 OpenZFS。其他具有類似特性的示例有紅帽的 Stratis 和 Linux 邏輯卷管理器Logical Volume Manager（LVM）。

安裝

為了嘗試 Btrfs，我下載了 Fedora 33 工作站 ISO 文件 并將其安裝到一個(gè)新的虛擬機(jī)（VM）中。安裝過程與以前的版本沒有變化。我沒有自定義任何設(shè)置，包括驅(qū)動(dòng)器分區(qū)和格式化，以保持本教程的準(zhǔn)確“開箱即用”設(shè)置。當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)并運(yùn)行后，我安裝并運(yùn)行了 GNOME 分區(qū)編輯器（GParted），以獲得一個(gè)良好的、工廠級(jí)的驅(qū)動(dòng)器布局視圖。

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

從安裝這一點(diǎn)來說，與你以前所習(xí)慣的情況沒什么不同；事實(shí)上，你可以正常使用該系統(tǒng)，甚至可能沒有注意到文件系統(tǒng)是 Btrfs。然而，擁有這個(gè)新的默認(rèn)文件系統(tǒng)使你能夠利用幾個(gè)很酷的特性。

檢查 Btrfs 文件系統(tǒng)

我暫時(shí)沒有找到特定于 Btrfs 的圖形工具，盡管它的一些功能已經(jīng)被合并到現(xiàn)有的磁盤管理工具中。

在命令行中，你可以更仔細(xì)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

修改 Btrfs 標(biāo)簽

我首先注意到的是安裝程序設(shè)置的文件系統(tǒng)標(biāo)簽：fedora_localhost-live。這是不準(zhǔn)確的，因?yàn)樗F(xiàn)在是一個(gè)已安裝的系統(tǒng)，不再是 livecd。所以我使用 btrfs filesystem label 命令對其進(jìn)行了更改。

修改 Btrfs 標(biāo)簽非常的簡單：

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

管理 Btrfs 子卷

子卷看起來像是可以由 Btrfs 管理的標(biāo)準(zhǔn)目錄。我的新 Fedora 33 工作站上有幾個(gè)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 命令創(chuàng)建新的子卷，或使用 btrfs subvolume delete 刪除子卷：

# 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'

子卷允許設(shè)置配額、拍攝快照以及復(fù)制到其他位置和其他主機(jī)等操作。那么系統(tǒng)管理員如何利用這些功能？用戶主目錄又是如何操作的呢？

添加用戶

就像從前一樣，添加一個(gè)新的用戶帳戶會(huì)創(chuàng)建一個(gè)主目錄供該帳戶使用：

# 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

傳統(tǒng)上，用戶的主目錄是 /home 的子目錄。所有權(quán)和操作權(quán)是為所有者量身定制的，但是特殊功能來沒有管理它們。而企業(yè)服務(wù)器環(huán)境是另外一種情況。通常，目錄是為特定的應(yīng)用程序及其用戶保留的。你可以利用 Btrfs 來管理和應(yīng)用對這些目錄的約束。

為了將 Btrfs 子卷作為用戶主頁，在 useradd 命令中有一個(gè)新選項(xiàng)：--Btrfs-subvolume-home。盡管手冊頁尚未更新（截至本文撰寫之時(shí)），但你可以通過運(yùn)行 useradd --help 來查看該選項(xiàng)。通過在添加新用戶時(shí)傳遞此選項(xiàng)，將創(chuàng)建一個(gè)新的 Btrfs 子卷。它的功能與創(chuàng)建常規(guī)目錄時(shí)的 -d 選項(xiàng)類似：

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

使用 getent passwd student2 驗(yàn)證用戶，它將顯示為正常。但是，運(yùn)行 btrfs subvolume 命令列出子卷，你將看到一些有趣的內(nèi)容：新用戶的主目錄！

# 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

探索企業(yè)服務(wù)器環(huán)境的第二個(gè)場景。假設(shè)你需要在 /opt 中安裝一個(gè) WildFly 服務(wù)器并部署一個(gè) Java web 應(yīng)用程序。通常，你的第一步是創(chuàng)建一個(gè) wildfly 用戶。使用新的 --btrfs-subvolume-home 選項(xiàng)和 -b 選項(xiàng)來指定 /opt 作為基本目錄：

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

于是，wildfly 用戶可以使用了，并且主目錄設(shè)置在了 /opt/wildfly。

刪除用戶

刪除用戶時(shí)，有時(shí)需要同時(shí)刪除該用戶的文件和主目錄。userdel 命令有 -r 選項(xiàng)，它可以同時(shí)刪除 Btrfs 子卷：

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

設(shè)置磁盤使用配額

在我的一節(jié)計(jì)算機(jī)科學(xué)課上，一個(gè)學(xué)生運(yùn)行了一個(gè)失控的 C 程序，然后寫進(jìn)了磁盤，將我們院的 Unix 系統(tǒng)上整個(gè) /home 目錄都填滿了！在管理員終止失控進(jìn)程并清除一些空間之前，服務(wù)器將無法使用。上述情況也是如此；那個(gè) Wildfly 企業(yè)應(yīng)用程序?qū)槠溆脩籼峁┰絹碓蕉嗟娜罩疚募蛢?nèi)容存儲(chǔ)。如何防止服務(wù)器因磁盤已滿而死機(jī)？設(shè)置磁盤使用限制是個(gè)好主意。幸運(yùn)的是，Btrfs 通過設(shè)置配額的方式支持這一點(diǎn)。

配置配額需要幾個(gè)步驟。第一步是在 Btrfs 文件系統(tǒng)上啟用配額：

# btrfs quota enable /

確保你知道每個(gè)子卷的配額組（qgroup）ID 號(hào)，該編號(hào)由 btrfs subvolume list 命令顯示。每個(gè)子卷都需要基于 ID 號(hào)碼來關(guān)聯(lián)配額組。這可以通過 btrfs qgroup create 單獨(dú)完成，但是，btrfs 維基提供了以下命令來加快為文件系統(tǒng)上的子卷創(chuàng)建配額組：

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

在新安裝的 Fedora 33 工作站系統(tǒng)中，你在根文件系統(tǒng)路徑上操作，/。用根路徑替換 \<path>：

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

然后運(yùn)行 btrfs quota rescan，查看新的配額組：

# 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

于是現(xiàn)在，你可以將配額分配給其中一個(gè)配額組，然后將配額應(yīng)用于其關(guān)聯(lián)的子卷。因此，如果要將 student3 的主目錄使用限制為 1 GB，請使用 btrfs qgroup limit 命令：

# btrfs qgroup limit 1G /home/student3

查看特定子卷的配額：

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

稍有不同的選項(xiàng)參數(shù)將顯示所有配額組和設(shè)置的所有配額：

# 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

其他特性

這些例子提供了 Btrfs 特性的一些思考。運(yùn)行 btrfs --help 查看命令的完整列表。還有許多其他值得注意的功能；例如，快照和發(fā)送/接收是兩個(gè)值得學(xué)習(xí)的功能。

總結(jié)討論

Btrfs 為向 Linux 提供高級(jí)文件系統(tǒng)特性集貢獻(xiàn)了很多特性。這不是第一次；我知道 ZFS 在大約 15 年前引入了這種類型的文件系統(tǒng)，但是 Btrfs 是完全開源的，不受專利的限制。

如果你想探索這個(gè)文件系統(tǒng)，我建議從虛擬機(jī)或備用系統(tǒng)開始。

我想能夠出現(xiàn)一些圖形化的管理工具，為那些喜歡用圖形工具的系統(tǒng)管理員提供便利。幸運(yùn)的是，Btrfs 具有強(qiáng)大的開發(fā)活動(dòng)，F(xiàn)edora 33 項(xiàng)目決定將其設(shè)置為工作站上的默認(rèn)值就證明了這一點(diǎn)。