Btrfs文件系统使用说明



1 Btrfs简介

  Btrfs被称为是下一代 Linux文件系统。近年来 ext2/3遇到越来越多的扩展性问题，在期待 ext4的同时，人们发现了 btrfs，据说它采用了很多先进的文件系统设计，不仅解决了 ext2/3 的扩展性问题，还让人们看到了下一代文件系统所具有的许多其他特性。

在 btrfs 的主页上看到 btrfs的特性列表。首先是扩展性 (scalability) 相关的特性，btrfs最重要的设计目标是应对大型机器对文件系统的扩展性要求。 Extent，B-Tree和动态 inode 创建等特性保证了 btrfs 在大型机器上仍有卓越的表现，其整体性能而不会随着系统容量的增加而降低。其次是数据一致性 (data integrity) 相关的特性。系统面临不可预料的硬件故障，Btrfs 采用 COW 事务技术来保证文件系统的一致性。 btrfs 还支持 checksum，避免了 silent corrupt的出现。而传统文件系统则无法做到这一点。第三是和多设备管理相关的特性。 Btrfs 支持创建快照 (snapshot)，和克隆 (clone)。 btrfs 还能够方便的管理多个物理设备，使得传统的卷管理软件变得多余。最后是其他难以归类的特性。这些特性都是比较先进的技术，能够显著提高文件系统的时间 /空间性能，包括延迟分配，小文件的存储优化，目录索引等。

2Btrfs使用说明

2.1.文件系统的建立

2.1.1在虚拟机中添加一个硬盘(略)

2.1.2查看硬盘是否添加成功

 通过命令：# fdisk -l 查看硬盘信息，可以看到新添加的硬盘属性，这里假设新添加的硬盘名为：sdd1。

 通过命令：# fdisk /dev/sdd1（具体磁盘名称），可进入分割硬盘模式。

 Ø         输入 m显示所有命令列示。

 

 Ø         输入 p显示硬盘分割情形。

 

 Ø         输入 a设定硬盘启动区。

 

 Ø         输入 n设定新的硬盘分割区。

 

 Ø         输入 e硬盘为[延伸]分割区(extend)。

 

 Ø         输入 p硬盘为[主要]分割区(primary)。

 

 Ø         输入 t改变硬盘分割区属性。

 

 Ø         输入 d删除硬盘分割区属性。

 

 Ø         输入 q结束不存入硬盘分割区属性。

 

 Ø         输入 w结束并写入硬盘分割区属性。

 

 dmesg命令说明如下：

 

 功能说明：显示开机信息。

 语　　法：dmesg [-cn][-s ]

 补充说明：kernel会将开机信息存储在ring buffer中。您若是开机时来不及查看信息，可利用dmesg来查看。开机信息亦保存在/var/log目录中，名称为dmesg的文档里。

 参　　数：

　 -c 　显示信息后，清除ring buffer中的内容。

　 -s 　预配置为8196，刚好等于ring buffer的大小。

　 -n 　配置记录信息的层级。

 

2.1.3对要挂载的硬盘创建磁盘分区

 

 创建磁盘分区步骤举例如下：

 

 # fdisk /dev/sdd1

 

 进入fdisk模式：

 

 Command (m for help):m   //查看fdisk命令帮助

 

 Command (m for help):n   //创建新分区

 

 Command action：

 

 e extended    //输入e为创建扩展分区

 

 p primary partition (1-4)     //输入p为创建主分区，这里我们选择p

 

 Partion number(1-4)：1    //第一个扩展分区，按需求可以最多分4个主分区

 

 First Cylinder(1-1014,default 1): 1   //第一个主分区起始的磁盘块数，可以选择默认值

 

 Last cylindet or +siza or +sizeM or +sizeK: +1024MB //可以是以MB为单位的数字或者

 

 以磁盘块数，这里我们输入+1024MB表示分区大小为1G

 

 这样我们就创建完一个分区，如果要创建更多分区可以照上面的步骤继续创建。所有分区创建完后用w保存分区。

 

 Command (m for help): w

 

 The partition table has been altered!

 

 保存完成后重启服务器，可以用#fdisk -l命令检查刚刚所建分区，可以在返回结果中确认/dev/sdb1的信息。

 

2.1.4建立文件系统

  可以用mkfs.btrfs命令建立一个 btrfs格式的文件系统。可以用如下命令在设备 sdd1 上建立一个 btrfs文件系统.

#mkfs.btrfs /dev/sdd1

[root@localhost btrfs]# mkfs.btrfs /dev/sdd1

 

WARNING! - Btrfs Btrfs v0.19 IS EXPERIMENTAL

WARNING! - see http://btrfs.wiki.kernel.org before using

 

fs created label (null) on /dev/sdd1

   nodesize 4096 leafsize 4096 sectorsize 4096 size 7.99GB

Btrfs Btrfs v0.19

可以看到在建立btrfs系统时出现了WARNING，这是因为在我使用的linux版本中btrfs还属于一个实验性的产品，并未完全成熟，不过对我们影响不大，可以忽略。

2.1.5挂载文件

 

 首先通过mkdir创建一个挂载文件点

 # mkdir mybtrfs

 然后通过mount命令挂载

 #mount -t btrds /dev/sdd1 mybtrfs

[root@localhost mnt]# pwd

/mnt

[root@localhost mnt]# mkdir mybtrfs

[root@localhost mnt]# mount -t btrfs /dev/sdd1 /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]# df -T

文件系统   类型         1K-块     已用      可用 已用%挂载点

/dev/sda1    ext4    18577148  11560744  6072740  66% /

tmpfs       tmpfs      510984       264   510720   1% /dev/shm

/dev/sdb1    ext4    20641404   6161100 13431780  32% /opt

/dev/sdd1   btrfs     8379372        56  7512812   1% /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]#

通过 df –T命令可以看到文件已挂载成功。

 为了在每次系统启动时自动挂载新分区，可以修改/etc/fstab文件来进行自动挂载。在文件的末位加入如下一行：

 /dev/sdd1 /mnt/mybtrfs btrfs defaults 1 2

 这样服务器每次启动都会自动挂载此分区.

 

 至此，btrfs文件系统就OK了，可以通过# df命令进行查看

 

2.2 Btrfs操作命令

2.2.1修改btrfs文件系统的大小

当文件系统建立好之后，您可以修改文件系统的大小。 /dev/sda5挂载到了 /mnt/mybtrfs下，大小为 8G 。假如您希望只使用其中的 7G，则需要减小当前文件系统的大小，这可以通过如下命令实现：

#btrfsctl -r -1024M /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]# df -l

文件系统           1K-块     已用      可用 已用%挂载点

/dev/sda1            18577148  11560744   6072740 66% /

tmpfs                  510984       264    510720  1% /dev/shm

/dev/sdb1            20641404   6161100  13431780 32% /opt

/dev/sdd1             8379372        56   7512812  1% /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]# btrfsctl -r -1024M /mnt/mybtrfs

operation complete

Btrfs Btrfs v0.19

[root@localhost mnt]# df -l

文件系统           1K-块     已用      可用 已用%挂载点

/dev/sda1            18577148  11560744  6072740  66% /

tmpfs                  510984       264    510720  1% /dev/shm

/dev/sdb1            20641404   6161100  13431780 32% /opt

/dev/sdd1             7330796        56   6464236  1% /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]#

 

同样的，您可以使用 btrfsctl命令增加文件系统的大小。

#btrfsctl -r +1024M /mnt/mybtrfs

2.2.2扫描文件系统

 扫描整个btrfs文件系统：

 #btrfsctl –a

[root@localhost mnt]# btrfsctl -a

Scanning for Btrfs filesystems

failed to read /dev/fd0

failed to read /dev/sr0

[root@localhost mnt]#

 

 扫描指定btrfs文件系统：

 #btrfsctl -A /dev/sdd1

[root@localhost mnt]# btrfsctl -A /dev/sdd1

operation complete

Btrfs Btrfs v0.19

[root@localhost mnt]#

 

2.2.3整理文件系统

 整理一个文件：

 #btrfsctl -d 文件

[root@localhost mybtrfs]# pwd

/mnt/mybtrfs

[root@localhost mybtrfs]# ls

test.txt

[root@localhost mybtrfs]# btrfsctl -d /mnt/mybtrfs/test.txt

operation complete

Btrfs Btrfs v0.19

[root@localhost mybtrfs]#

 

 整理一个目录：

 #btrfsctl -d 目录

[root@localhost mnt]# btrfsctl -d /mnt/mybtrfs

operation complete

Btrfs Btrfs v0.19

[root@localhost mnt]#

 

 

2.2.4创建/删除快照(snapshot)

快照是对文件系统某一时刻的完全备份。建立快照之后，对文件系统的修改不会影响快照中的内容。这是非常有用的一种技术。比如数据库备份。假如在时间点 T1，管理员决定对数据库进行备份，那么他必须先停止数据库。备份文件是非常耗时的操作，假如在备份过程中某个应用程序修改了数据库的内容，那么将无法得到一个一致性的备份。因此在备份过程中数据库服务必须停止，对于某些关键应用这是不能允许的。

利用快照，管理员可以在时间点 T1将数据库停止，对系统建立一个快照。这个过程一般只需要几秒钟，然后就可以立即重新恢复数据库服务。此后在任何时候，管理员都可以对快照的内容进行备份操作，而此时用户对数据库的修改不会影响快照中的内容。当备份完成，管理员便可以删除快照，释放磁盘空间。

快照一般是只读的，当系统支持可写快照，那么这种可写快照便被称为克隆。克隆技术也有很多应用。比如在一个系统中安装好基本的软件，然后为不同的用户做不同的克隆，每个用户使用自己的克隆而不会影响其他用户的磁盘空间。非常类似于虚拟机。

下面的例子中，创建快照 snap1时系统存在 1 个文件。创建快照之后，对 test 的内容进行修改。再回到 snap1，打开 test 文件，可以看到 test1的内容依旧是之前的内容。

 #btrfsctl -s snap1(快照名) dir

[root@localhost mybtrfs]# btrfsctl -s snap1 /mnt/mybtrfs

operation complete

Btrfs Btrfs v0.19

[root@localhost mybtrfs]# ls

snap1 test.txt

[root@localhost mybtrfs]# cat snap1/test.txt

This a test!

[root@localhost mybtrfs]# vim test.txt

[root@localhost mybtrfs]# cat snap1/test.txt

This a test!

[root@localhost mybtrfs]#

可以从上面的例子看到，快照 snap1保存的内容不会被后续的写操作所改变。

同理，可以通过#btrfsctl –D snap(快照名) . 删除快照

[root@localhost mybtrfs]# ls

snap text

[root@localhost mybtrfs]# btrfsctl -D snap .

operation complete

Btrfs Btrfs v0.19

[root@localhost mybtrfs]# ls

text

[root@localhost mybtrfs]#

 

 

 

2.2.5创建子卷(subvolume)

Subvolume即是把文件系统的一部分配置为一个完整的子文件系统，称之为 subvolume。

采用 subvolume，一个大的文件系统可以被划分为多个子文件系统，这些子文件系统共享底层的设备空间，在需要磁盘空间时便从底层设备中分配，类似应用程序调用 malloc()分配内存一样。可以称之为存储池。这种模型有很多优点，比如可以充分利用 disk 的带宽，可以简化磁盘空间的管理等。

所谓充分利用 disk 的带宽，指文件系统可以并行读写底层的多个 disk，这是因为每个文件系统都可以访问所有的 disk。传统的文件系统不能共享底层的 disk 设备，无论是物理的还是逻辑的，因此无法做到并行读写。

所谓简化管理，是相对于 LVM 等卷管理软件而言。采用存储池模型，每个文件系统的大小都可以自动调节。而使用 LVM，如果一个文件系统的空间不够了，该文件系统并不能自动使用其他磁盘设备上的空闲空间，而必须使用 LVM的管理命令手动调节。

Subvolume 可以作为根目录挂载到任意 mount点。 subvolume 是非常有趣的一个特性，有很多应用。假如管理员只希望某些用户访问文件系统的一部分，比如希望用户只能访问/var/test/ 下面的所有内容，而不能访问 /var/ 下面其他的内容。那么便可以将 /var/test 做成一个 subvolume。 /var/test 这个 subvolume 便是一个完整的文件系统，可以用 mount 命令挂载。比如挂载到 /test目录下，给用户访问 /test 的权限，那么用户便只能访问 /var/test下面的内容了。

使用 btrfs 命令，用户可以方便的建立 subvolume。假设 /mnt/mybtrfs 已经挂载到了 btrfs文件系统，则用户可以在这个文件系统内创建新的 subvolume 。比如建立一个 /sub1的 subvolume，并 将 sub1 挂载到 /mnt/test 下：

 #mkdir /mnt/test

 #btrfsctl – S sub1 mnt/mybtrfs

 #mount – t btrfs – o subvol=sub1 /dev/sdd1 /mnt/test

[root@localhost mnt]# mkdir /mnt/test

[root@localhost mnt]# btrfsctl -S sub1 /mnt/mybtrfs

operation complete

Btrfs Btrfs v0.19

[root@localhost mnt]# mount -t btrfs -o subvol=sub1 /dev/sdd1 /mnt/test

[root@localhost mnt]# df -T

文件系统   类型         1K-块     已用      可用 已用%挂载点

/dev/sda1    ext4    18577148  11560792  6072692  66% /

tmpfs       tmpfs      510984       264   510720   1% /dev/shm

/dev/sdb1    ext4    20641404   6161100 13431780  32% /opt

/dev/sdd1   btrfs     7330796        72  6464236   1% /mnt/mybtrfs

/dev/sdd1   btrfs     7330796        72  6464236   1% /mnt/test

[root@localhost mnt]#

 

Subvolme可以方便管理员在文件系统上创建不同用途的子文件系统，并对其进行一些特殊的配置，比如有些目录下的文件关注节约磁盘空间，因此需要打开压缩，或者配置不同的 RAID策略等。目前 btrfs 尚处于开发阶段，创建的 subvolme和 snapshot 还无法删除。此外针对 subvolume的磁盘 quota 功能也未能实现。但随着 btrfs 的不断成熟，这些功能必然将会进一步完善。

 

 

2.2.6创建 RAID

RAID 技术有很多非常吸引人的特性，比如用户可以将多个廉价的 IDE磁盘组合为 RAID0 阵列，从而变成了一个大容量的磁盘； RAID1和更高级的 RAID 配置还提供了数据冗余保护，从而使得存储在磁盘中的数据更加安全。Btrfs很好的支持了软件 RAID，RAID 种类包括 RAID0,RAID1和 RAID10.

mkfs的时候，可以指定多个设备，并配置 RAID。下面的命令演示了如何使用 mkfs.btrfs 配置 RAID1。磁盘sde1 和 sdf1 可以配置为 RAID1，即 mirror。用户可以选择将数据配置为 RAID1，也可 以选择将元数据配置为 RAID1 。 将数据配置为 RAID1，可以使用 mkfs.btrfs的 -d 参数。如下所示：

 # mkfs.btrfs -d raid1 /dev/sde1 /dev/sdf1

 # mount -t btrfs  /dev/sde1 /mnt/raid1

[root@localhost mnt]# df -T

文件系统   类型         1K-块     已用      可用 已用%挂载点

/dev/sda1    ext4    18577148  11560780  6072704  66% /

tmpfs       tmpfs      510984       264   510720   1% /dev/shm

/dev/sdb1    ext4    20641404   6161100 13431780  32% /opt

/dev/sdd1   btrfs     7330796        72  6464236   1% /mnt/mybtrfs

/dev/sdd1   btrfs     7330796        72  6464236   1% /mnt/test

[root@localhost mnt]# mkfs.btrfs -d raid1 /dev/sde1 /dev/sdf1

 

WARNING! - Btrfs Btrfs v0.19 IS EXPERIMENTAL

WARNING! - see http://btrfs.wiki.kernel.org before using

 

adding device /dev/sdf1 id 2

fs created label (null) on /dev/sde1

   nodesize 4096 leafsize 4096 sectorsize 4096 size 15.99GB

Btrfs Btrfs v0.19

[root@localhost mnt]# mount -t btrfs /dev/sde1 /mnt/raid1

[root@localhost mnt]# df -T

文件系统   类型         1K-块     已用      可用 已用%挂载点

/dev/sda1    ext4    18577148  11560780  6072704  66% /

tmpfs       tmpfs      510984       264   510720   1% /dev/shm

/dev/sdb1    ext4    20641404   6161100 13431780  32% /opt

/dev/sdd1   btrfs     7330796        72  6464236   1% /mnt/mybtrfs

/dev/sdd1   btrfs     7330796        72  6464236   1% /mnt/test

/dev/sde1   btrfs    16765268        56 14639444   1% /mnt/raid1

[root@localhost mnt]#

 

挂载的时候可以是sde1，也可以是sdf1，示例中用的sde1，容量是两个盘的总量，但当存储文件时，占用的存储空间同时也是文件大小2倍。

 

2.2.7添加/删除新设备

当设备的空间快被使用完的时候，用户可以使用 btrfs-vol命令为文件系统添加新的磁盘设备，从而增加存储空间。下面的命令向 /mnt/mybtrfs 文件系统增加一个设备 /sdg

 # btrfs-vol -a /dev/sdg  /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]# df -T

文件系统   类型         1K-块     已用     可用 已用% 挂载点

/dev/sda1    ext4    18577148  11560796  6072688  66% /

tmpfs       tmpfs      510984       264   510720   1% /dev/shm

/dev/sdb1    ext4    20641404   6161100 13431780  32% /opt

/dev/sdd1   btrfs     7330796        72  6464236   1% /mnt/mybtrfs

/dev/sdd1   btrfs     7330796        72  6464236   1% /mnt/test

/dev/sde1   btrfs    16765268        56 14639444   1% /mnt/raid1

[root@localhost mnt]#btrfs-vol -a /dev/sdg /mnt/mybtrfs

ioctl returns 0

[root@localhost mnt]# df -T

文件系统   类型         1K-块     已用      可用 已用%挂载点

/dev/sda1    ext4    18577148  11560804  6072680  66% /

tmpfs       tmpfs      510984       264   510720   1% /dev/shm

/dev/sdb1    ext4    20641404   6161100 13431780  32% /opt

/dev/sdd1   btrfs    15719404        72 14852844   1% /mnt/mybtrfs

/dev/sdd1   btrfs    15719404        72 14852844   1% /mnt/test

/dev/sde1   btrfs    16765268        56 14639444   1% /mnt/raid1

可以看到，通过btffs-vol命令为/mnt/mybtrfs文件系统增加了8G的容量。

为了灵活利用设备空间，Btrfs 将磁盘空间划分为多个 chunk 。每个 chunk 可以使用不同的磁盘空间分配策略。比如某些 chunk只存放 metadata，某些 chunk 只存放数据。一些 chunk 可以配置为 mirror，而另一些 chunk则可以配置为 stripe 。这为用户提供了非常灵活的配置可能性。

添加设备后可以通过命令平衡chunks

# btrfs-vol -b /dev/sdg /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]# btrfs-vol -b /mnt/mybtrfs

ioctl returns 0

[root@localhost mnt]#

 

 

同理，可以通过命令

# btrfs-vol -r /dev/sdg /mnt/mybtrfs

移除添加的设备。

 

 

 

2.2.8同步文件系统

 为了提高效率，btrfs的 IO 操作由一些内核线程异步处理。这使得用户对文件的操作并不会立即反应到磁盘上。

 您可以做一个实验，在 btrfs上创建一个文件后，稍等 5 到 10 秒将系统电源切断，再次重启后，新建的文件并没有出现。

 对于多数应用这并不是问题，但有些时候用户希望 IO操作立即执行，此时就需要对文件系统进行同步。下面的 btrfs 命令用来同步文件系统：

 # btrfsctl -c /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]# btrfsctl -c /mnt/mybtrfs

operation complete

Btrfs Btrfs v0.19

 

2.2.9文件系统转化

 可以通过如下命令将非btrfs转化为btrfs，下面的例子是将EXT3文件系统的sdd1转化为btrfs。

  # btrfs-convert /dev/sdd1

[root@localhost mnt]# btrfs-convert /dev/sdd1

creating btrfs metadata.

creating ext2fs image file.

cleaning up system chunk.

conversion complete.

[root@localhost mnt]# mount /dev/sdd1 /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]# df -T

文件系统   类型         1K-块     已用      可用 已用%挂载点

/dev/sda1    ext4    18577148  11563724  6069760  66% /

tmpfs       tmpfs      510984       264   510720   1% /dev/shm

/dev/sdb1    ext4    20641404   6161100 13431780  32% /opt

/dev/sde1   btrfs    16765268        56 14639444   1% /mnt/raid1

/dev/sdd1   btrfs     8379372    281344  5326336   6% /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]#

 

同时，也可以通过命令将文件系统回滚到之前的状态：

# btrfs-convert -r /dev/sdd1

[root@localhost mnt]# btrfs-convert  -r /dev/sdd1

rollback complete.

[root@localhost mnt]# mount /dev/sdd1 /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]# df -T

文件系统   类型         1K-块     已用      可用 已用%挂载点

/dev/sda1    ext4    18577148  11563716  6069768  66% /

tmpfs       tmpfs      510984       264   510720   1% /dev/shm

/dev/sdb1    ext4    20641404   6161100 13431780  32% /opt

/dev/sde1   btrfs    16765268        56 14639444   1% /mnt/raid1

/dev/sdd1    ext3     8247716    149624  7679124   2% /mnt/mybtrfs

[root@localhost mnt]#

 

 

 btrfs-convert命令其他用法：

 usage: btrfs-convert [-d] [-i] [-n] [-r] device

   -d disable data checksum

   -i ignore xattrs and ACLs

   -n disable packing of small files

   -r roll back to ext2fs

 

2.2.10显示所有btrfs

 

 可以通过birfs-show命令查看当前所有btrfs设备

# btrfs-show

   

[root@localhost mnt]# btrfs-show

failed to read /dev/fd0

failed to read /dev/sr0

Label: none uuid: fa51764c-b9cf-4ebb-b0a5-3f0a0f46c5ff

   Total devices 2 FS bytes used 36.00KB

   devid    2 size 8.00GB used 0.00 path /dev/sdg

   *** Some devices missing

 

Label: none uuid: 4565d768-ca00-4786-aa59-3046e4e085bd

   Total devices 2 FS bytes used 28.00KB

   devid    2 size 8.00GB used 2.01GB path /dev/sdh

   *** Some devices missing

 

Label: none uuid: de697cdb-36d5-42eb-802d-2d85c571cba6

   Total devices 2 FS bytes used 28.00KB

   devid    1 size 8.00GB used 2.03GB path /dev/sde1

   devid    2 size 7.99GB used 2.01GB path /dev/sdf1

 

Btrfs Btrfs v0.19

 

2.2.11检查btrfs文件系统

可以通过命令检查btrfs文件系统

# btrfsck /dev/sdd1

[root@localhost mnt]# btrfsck /dev/sdd1

found 288096256 bytes used err is 0

total csum bytes: 0

total tree bytes: 65536

total fs tree bytes: 32768

btree space waste bytes: 36111

file data blocks allocated: 288030720

 referenced 288030720

Btrfs Btrfs v0.19

2.2.12更新种子值

当我们需要将一个文件系统设置为只读时，我们可以通过btrfstune命令来实现。

#btrfstune -S 1 /dev/sdd1

[root@localhost mnt]# btrfstune -S 1 /dev/sdd1

[root@localhost mnt]# mount /dev/sdd1 /mnt/mybtrfs

mount: block device /dev/sdd1 is write-protected, mounting read-only

同理可以通过命令取消文件系统的只读属性

btrfstune -S 0 /dev/sdd1

2.2.13 Debug功能

Btrfs提供了一定的 debug功能，对于想了解 Btrfs 内部实现原理的读者，debug将是您最喜欢的工具。这里简单介绍一下 debug 功能的命令使用。

下面的命令将设备 sda5上的 btrfs 文件系统中的元数据打印到屏幕上。

#btrfs-debug-tree /dev/sdd1

 

#btrfs-debug-tree /dev/sdd1

…

…

leaf 33574912 items 2 free space 3773 generation 3 owner 18446744073709551607

fs uuid 1d61c350-be9a-48e5-90b6-623bf34fe27e

chunk uuid 75de6f43-0d68-43c5-9112-88d892a6d1ce

   item 0 key (FIRST_CHUNK_TREE INODE_ITEM 0) itemoff 3835 itemsize 160

      inode generation 3 size 0 block group 0 mode 40555 links 1

   item 1 key (FIRST_CHUNK_TREE INODE_REF 256) itemoff 3823 itemsize 12

      inode ref index 0 namelen 2 name: ..

total bytes 8580476928

bytes used 288096256

uuid 1d61c350-be9a-48e5-90b6-623bf34fe27e

Btrfs Btrfs v0.19

 

通过对打印信息的分析，您将能了解 btrfs内部各个 BTree 的变化情况，从而进一步理解每一个文件系统功能的内部实现细节。

比如您可以在创建一个文件之前将BTree 的内容打印出来，创建文件后再次打印。通过比较两次的不同来了解 btrfs创建一个文件需要修改哪些元数据。进而理解 btrfs 内部的工作原理。

3附录

3.1快照原理(附录)

3.1.1 COW事务

理解 COW 事务，必须首先理解 COW和事务这两个术语。

什么是 COW?

所谓 COW，即每次写磁盘数据时，先将更新数据写入一个新的 block，当新数据写入成功之后，再更新相关的数据结构指向新 block。

什么是事务？

COW只能保证单一数据更新的原子性。但文件系统中很多操作需要更新多个不同的元数据，比如创建文件需要修改以下这些元数据：

1. 修改 extent tree，分配一段磁盘空间
2. 创建一个新的 inode，并插入 FS Tree中
3. 增加一个目录项，插入到 FS Tree中

任何一个步骤出错，文件便不能创建成功，因此可以定义为一个事务。

下面将演示一个 COW事务。

A是 FS Tree 的根节点，新的 inode 的信息将被插入节点 C 。首先，btrfs将 inode 插入一个新分配的 block C ’中，并修改上层节点 B，使其指向新的 block C ’；修改 B也将引发 COW，以此类推，引发一个连锁反应，直到最顶层的 Root A。当整个过程结束后，新节点 A ’变成了 FS Tree 的根。但此时事务并未结束，superblock 依然指向 A 。

图 5. COW transaction 1

接下来，修改目录项（E节点），同样引发这一过程，从而生成新的根节点 A ’’。

图 6. COW transaction 2

此时，inode和目录项都已经写入磁盘，可以认为事务已经结束。 btrfs 修改 superblock，使其指向 A’’，如下图所示：

图 7. COW transaction 3

COW事务能够保证文件系统的一致性，并且系统 Reboot之后不需要执行 fsck 。因为 superblock 要么指向新的 A ’’，要么指向 A，无论哪个都是一致的数据。

3.1.2快照和克隆

快照是对文件系统某一时刻的完全备份。建立快照之后，对文件系统的修改不会影响快照中的内容。这是非常有用的一种技术。如前所述 Btrfs采用 COW 事务技术，从图 1-10 可以看到，COW事务结束后，如果不删除原来的节点 A,C,E，那么 A,C,E,D,F依然完整的表示着事务开始之前的文件系统。这就是 snapshot 实现的基本原理。

Btrfs 采用引用计数决定是否在事务 commit之后删除原有节点。对每一个节点，btrfs 维护一个引用计数。当该节点被别的节点引用时，该计数加一，当该节点不再被别的节点引用时，该计数减一。当引用计数归零时，该节点被删除。对于普通的 Tree Root,引用计数在创建时被加一，因为 Superblock 会引用这个 Root block。很明显，初始情况下这棵树中的所有其他节点的引用计数都为一。当 COW 事务 commit时，superblock 被修改指向新的 Root A ’’，原来 Root block A 的引用计数被减一，变为零，因此 A节点被删除。 A 节点的删除会引发其子孙节点的引用计数也减一，图 1-10中的 B，C 节点的引用计数因此也变成了 0，从而被删除。 D,E节点在 COW 时，因为被 A ’’所引用，计数器加一，因此计数器这时并未归零，从而没有被删除。

创建 Snapshot 时，btrfs 将的 Root A 节点复制到 sA，并将 sA的引用计数设置为 2 。在事务 commit 的时候，sA 节点的引用计数不会归零，从而不会被删除，因此用户可以继续通过 Root sA访问 snapshot 中的文件。

图 8. Snapshot

3.2 Btrfs工具的安装(附录)

  如果当要将一个磁盘格式化为btrfs格式时发现mkfs.后并没有btrfs选项，那么可能你需要安装btrfs-tools，安装方法如下：

在下面的地址下载这个包：

ftp://ftp.li.kernel.org/pub/.3/ubuntu/pool/universe/b/btrfs-tools/

  这个包安装起来还是比较简单的，直接解压缩，然后接着执行make进行编译，之后执行make install进行安装。

如果在make install时发现有如下问题：

[root@ipshot btrfs-progs-0.19]# make install

ls btrfsck.c

btrfsck.c

gcc -Wp,-MMD,./.btrfsck.o.d,-MT,btrfsck.o -Wall -D_FILE_OFFSET_BITS=64 -D_FORTIFY_SOURCE=2 -g -Werror -Os -c btrfsck.c

cc1: warnings being treated as errors

btrfsck.c: In function ‘maybe_free_inode_rec’:

btrfsck.c:287: error: implicit declaration of function ‘S_ISDIR’

btrfsck.c:292: error: implicit declaration of function ‘S_ISREG’

btrfsck.c:292: error: implicit declaration of function ‘S_ISLNK’

make: *** [btrfsck.o] Error 1