Btrfs文件系统

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Btrfs文件系统简介

Btrfs 通常念成Butter FS，Better FS或B-tree FS，是一种新型的写时复制（CoW）Linux 文件系统，Btrfs 在设计实现高级功能的同时，着重于容错、修复以及易于管理。

Btrfs 的一些关键特性和优点：

快照（Snapshots）：
- 快速创建文件系统的只读或读写副本。
- 便于备份和恢复操作。
子卷（Subvolumes）：
- 允许在同一文件系统中创建多个独立的文件系统命名空间。
- 子卷可以独立地管理快照和配额。
压缩（Compression）：
- 支持透明压缩（如 zlib、lzo、zstd），减少磁盘空间使用。
数据完整性（Data Integrity）：
- 通过校验和（checksums）确保数据的一致性和防止损坏。
- 自动修复数据损坏（如果启用了冗余存储）。
多设备支持（Multiple Devices）：
- 支持 RAID 配置（RAID0、RAID1、RAID10、RAID5、RAID6），提高数据冗余和性能。
在线文件系统增长和收缩（Online File System Growth and Shrink）：
- 可以在文件系统挂载时动态调整大小。
自修复功能（Self-Healing）：
- 检测并修复镜像存储中的数据损坏。
高效空间管理（Efficient Space Management）：
- 支持精细的空间分配和回收，减少碎片化。

arch 使用 Btrfs 文件系统的特性带来的好处：

快照 —— archlinux 作为滚动发行版，若滚挂了可以使用 Btrfs 的快照特性快速回滚
- 若使用传统的 ext4 文件系统，我们可以使用 timeshift 的 RSYNC 模式进行增量备份。但是，一般来说 RSYNC 方式的快照大小略大于当前实际使用大小，也就是说实际上开启了 timeshift 的 RSYNC 模式快照相当于磁盘可用空间直接少了一半多。因为虽然 RSYNC 方式的快照是增量的，但历史最久远的快照依然是完整备份，随后才是增量的
透明压缩 —— 可以大大减少磁盘的使用空间（压缩率大概在 10% 左右）

目录结构

在 Btrfs 中，子卷和快照的目录结构可以自定义，它们不一定以 @ 开头，但很多用户和发行版喜欢使用 @ 作为子卷和快照的命名约定，以便于区分和管理。以下是使用 @ 命名约定的一个示例目录结构：

典型的 Btrfs 目录结构（使用 `@` 命名）

/mnt/btrfs
├── @
│   ├── home
│   └── var
├── @home
│   ├── user1
│   └── user2
└── snapshots
    ├── @_snapshot1
    │   ├── home
    │   └── var
    └── @home_snapshot1
        ├── user1
        └── user2

关键点解释

/mnt/btrfs
- 假设 Btrfs 文件系统挂载在 /mnt/btrfs 目录下。
Subvolumes (子卷)
- @ 是根子卷，包含系统的根目录（例如 home 和 var）。
- @home 是一个单独的子卷，专门用于 /home 目录。
Snapshots (快照)
- snapshots 目录下包含快照，例如 @_snapshot1 和 @home_snapshot1。
- @_snapshot1 是根子卷 @ 的快照，包含 @ 中的所有目录和文件的副本。
- @home_snapshot1 是 @home 子卷的快照，包含 @home 中的所有用户目录和文件的副本。

Btrfs 分区管理

格式化为Btrfs文件系统

将整个分区格式化为 Btrfs 文件系统

mkfs.btrfs -L myArch /dev/sdxn

挂载

为了创建子卷，我们需要先将 Btrfs 分区挂载到 /mnt 下：

mount -t btrfs -o compress=zstd /dev/sdxn /mnt/btrfs

-t 选项后指定挂载分区文件系统类型
-o 选项后添加挂载参数：
- compress=zstd —— 开启透明压缩

创建

创建子卷

sudo btrfs subvolume create /mnt/btrfs/@
sudo btrfs subvolume create /mnt/btrfs/@home

创建快照，通常使用Timeshift来创建快照

sudo btrfs subvolume snapshot /mnt/btrfs/@ /mnt/btrfs/snapshots/@_snapshot1
sudo btrfs subvolume snapshot /mnt/btrfs/@home /mnt/btrfs/snapshots/@home_snapshot1

将home目录替换到新分区上

要将 home 目录迁移到另一个更大的独立分区并替换现有的 @home 子卷，你可以按照以下步骤进行操作。假设新的分区挂载在 /mnt/new_home。

步骤 1：备份数据

确保你已经备份了所有重要数据，以防操作过程中出现问题。

sudo rsync -aHAX --info=progress2 /home/* /path/to/backup/home_backup/

步骤 2：挂载新的分区

首先，将新的分区格式化为 Btrfs 文件系统，并挂载到 /mnt/new_home。

sudo mkfs.btrfs /dev/sdXn  # 替换 /dev/sdXn 为实际的新分区设备
sudo mount /dev/sdXn /mnt/new_home

步骤 3：创建新的子卷

在新的分区中创建一个新的 @home 子卷。

sudo btrfs subvolume create /mnt/new_home/@home

步骤 4：同步数据

将现有的 @home 子卷的数据同步到新的子卷。

sudo rsync -aHAXx --info=progress2 /@home/ /mnt/new_home/@home/

-a：归档模式，表示递归复制并保持所有文件属性，包括权限、时间戳、符号链接等。
-H：保持硬链接。
-A：保持 ACL（访问控制列表）。
-X：保持扩展属性。
--info=progress2：显示详细的进度信息。

步骤 5：更新 fstab

获取分区UUID

sudo blkid /dev/sdXn

编辑 /etc/fstab 文件，添加新的 @home 子卷的挂载信息，并注释掉旧的 @home 挂载信息。

sudo vim /etc/fstab

添加以下内容：
注意一定要确保UUID一致，格式化后值就变了

UUID=12345678-90ab-cdef-1234-567890abcdef  /home  btrfs  subvol=@home,noatime,compress=zstd 0 0

注释掉旧的 @home 挂载行，类似于：

#/mnt/btrfs/@home  /home  btrfs  subvol=@home,noatime,compress=zstd 0 0

步骤 6：卸载旧的 `@home` 子卷并挂载新的子卷

卸载旧的 @home 子卷并挂载新的 @home 子卷。

sudo umount /home
sudo mount -a  # 按照更新后的 fstab 文件挂载

步骤 7：验证

验证新的 @home 子卷是否正确挂载，并检查数据是否完整。

df -h /home
ls /home

步骤 8：清理旧的 `@home` 子卷（可选）

由于旧的@home 分区已挂载到 / 目录上，所以会导致看不到 @... 字卷，可通过重新选择一个目录挂载分区，用来删除旧分区上的子卷

sudo mount -o subvol=/ /dev/nvme0n1p6 /mnt/btrfs/

确认新的 @home 子卷已经正常使用后，可以删除旧的 @home 子卷。

sudo btrfs subvolume delete /mnt/btrfs/@home

然后卸载刚才的挂载即可

sudo umount /mnt/btrfs

总结

通过上述步骤，你可以将 home 目录迁移到一个更大的独立分区，并替换现有的 @home 子卷。确保在操作前备份重要数据，并仔细检查每一步的执行情况。