一、原理介绍
BtrFS（B-tree文件系统，又称为Butter FS或Better FS），2007由oracle开源后，得到了IBM、intel等厂商的大力支持，其目标计划是替代linux目前的ext3/4，成为下一代linux标准的文件系统。
支持写时复制（CoW）、快照、在线扩容缩容、数据checksum、subvolume、磁盘阵列（raid）等，运行在linux上，并遵循GPL协议的强大文件系统。在2014年8月发布了稳定版。
其特性大致归纳为以下几点：
1.可扩展性
主要表现在两个方面：
1）ext系列文件系统使用块位图来保存每个块空闲与否的信息（每个块用一个位来表示是否空闲），当容量扩展时，块位图所占的空间会线性的增加，试想一下如果快位图变得很大时，那么查找空闲块就需要大量的时间；BtrFS管理磁盘空间的最小单位是extent，一个extent由一组连续的block组成，extent由extent树进行管理，因此相比ext系列10个块需要10个bit来表示，btrfs只需要一个extent就可以，因此减少了元数据的量。对于大文件，extent表现出更加优异的管理性能。
2）ext系统inode是预分配的且大小固定，比如，100G的分区中，inode table只能存放131072个inode，意味着不可能创建131072个文件；同时， inode分配过小，容易导致磁盘空间无法充分利用，过大，容易造成磁盘空间浪费；btrfs为了解决这个问题，使用了动态分配inode，如下图，每个inode只是FS tree中的一个节点，用户可以无限制地任意插入新的inode，其物理存储位置是动态分配的，所以没有对文件个数的限制。
FS Tree：管理文件相关的元数据，如inode、dir等
Chunk Tree：管理设备，每个磁盘设备都在Chunk Tree中有一个item
Extent Tree：管理磁盘空间的分配
checksum Tree：保存数据块的校验和
2.数据一致性的相关特性
btrfs的数据一致性是通过COW（Copy On Write）事务来保证的，所谓COW，即每次写磁盘数据时，先当前块数据复制到一个新块，然后在新块上进行更新写入，当新块写入完成时，只需将原来指向旧块的指针指向新块。
所谓的事务就是要保证一个操作的原子性（假设一个操作由多个步骤组成，只有所有步骤都成功这个操作才算成功，否则只要其中一个步骤失败，则整个操作失败，那么整个数据都要回滚到操作前的相同状态）
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，如何保证这些操作的原子性呢？下面以创建一个文件为例说明，创建一个文件需要设计到如下操作：
1) 修改extent数，分配一段磁盘空间
2) 创建一个新的inode，并插入到FS树
3) 增加一个目录项，插入到FS数
因此需要将上面的3个操作当成一个事务整体来处理，只要其中一个操作失败，文件便不能创建成功。过程如下：
A是FS树的根节点，新的inode信息将被插入节点C。首先，btrfs使用COW将inode插入一个新分配的C‘中，并修改上层节点B，使其指向新的C’，从而B也产生COW节点B‘，以此类推一直连锁反应到根节点A’，此时因为事务还没有完成，superblock依然指向A
修改目录项E，引发相同的过程
最后commit事务，superblock指向新块
假设上面某个过程操作失败或中途断电也不会影响superblock的原来指向，数据依然是操作前的状态，从而保证了事务的完整性和文件系统的一致性。
btrfs的另一特点是使用checksum来保证数据的可靠性，假设从磁盘读取一个块数据，可以通过比较其checksum来判断数据是否完整，其他文件系统在文件系统级别上是无法得知数据是否损坏的；同时由于checksum数据存储在checksum树的节点上，与块数据是分开管理的，这样的好处是能避免checksum和数据保存在同一个块的时候，文件系统上层获取了一个错误位置的块时无从得知（因为checksum只计算块数据是否完整而不是数据应该存在哪个块，只要块内数据并无损坏，checksum永远都是正确的）。
3.多设备管理及快照
btrfs可以跨越多个物理磁盘设备，动态的增加/减少设备来达到扩容/缩容的目的，技术上还支持（raid0、raid1、raid5、raid10等特性）
可以利用COW技术创建卷级别和文件级别的快照
支持在一个文件系统（或逻辑卷）上创建子卷，并没有层级限制，并且所有卷的空间大小都是可以动态调整的。其应用场景是可以为每个用户分配一个单独隔离的卷空间，来达到权限控制和配额管理的目的。理论部分就介绍那么多，下面咱们开始实战（操作基于centos7.2）：
二、命令介绍与实战
1.命令介绍
btrfs文件系统使用btrfs命令来管理，其使用格式如下： btrfs <command> [<args>]<command>: balance： 用于均衡单个或多个设备间的chunk；以及转换其属性 check：用于离线检查 device：用于管理设备，包括设备的增加、删除、扫描等 filesystem：管理文件系统，包含标签设置/同步等 inspect-internal：给开发者用来调试的工具 property：获取和设置btrfs对象的属性 qgroup：管理配额组 quota：管理配额，如启动配额、重新扫描配置等 receive：还原时，用于从标准输入或file中接收子卷数据 replace：替换设备 rescue：尝试修复损坏的文件系统 restore：在文件系统非挂载状态下，尝试还原损坏的btrfs文件系统 scrub：用来修复文件系统错误的，会读取文件系统所有的数据以及其校验和 send：备份时，用于发送子卷数据到文件或标准输出 subvolume：创建、删除、列出、管理子卷或快照
2.命令实战
1）环境准备，添加3块磁盘/dev/sd{b,c,d}如下：
[root@centos7-template ~]# parted -l | grep -i '^disk /dev/sd.'Disk /dev/sda: 129GB Disk /dev/sdb: 21.5GB Disk /dev/sdc: 21.5GB Disk /dev/sdd: 21.5GB
2）创建btrfs文件系统
[root@centos7-template ~]# mkfs.btrfs -L "mydata" -d raid0 /dev/sd{b,c}
btrfs-progs v3.19.1See http://btrfs.wiki.kernel.org for more information.Turning ON incompat feature 'extref': increased hardlink limit per file to 65536Turning ON incompat feature 'skinny-metadata': reduced-size metadata extent refs
adding device /dev/sdc id 2fs created label mydata on /dev/sdb
nodesize 16384 leafsize 16384 sectorsize 4096 size 40.00GiB
-L: 指定卷标-d：指定data profile，可选的profile为：raid0/1/5/6/10,dup,single
3）查看已创建的btrfs文件系统
[root@centos7-template ~]# btrfs filesystem showLabel: 'mydata' uuid: 7f0ca4e4-1823-4cf1-87d4-44a5190ed32a Total devices 2 FS bytes used 112.00KiB devid 1 size 20.00GiB used 2.03GiB path /dev/sdb devid 2 size 20.00GiB used 2.01GiB path /dev/sdc btrfs-progs v3.19.1[root@centos7-template ~]# blkid /dev/sdb /dev/sdc/dev/sdb: LABEL="mydata" UUID="7f0ca4e4-1823-4cf1-87d4-44a5190ed32a" UUID_SUB="f616f8a1-7fc1-433b-8377-9d598328cd5b" TYPE="btrfs" /dev/sdc: LABEL="mydata" UUID="7f0ca4e4-1823-4cf1-87d4-44a5190ed32a" UUID_SUB="ba63683b-3443-4627-bfe3-7908ee910b0c" TYPE="btrfs"
4）挂载btrfs文件系统，启用压缩功能
[root@centos7-template ~]# mount -t btrfs -o compress=lzo /dev/sdb /mnt [root@centos7-template ~]# df -Th 文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点/dev/mapper/centos_centos7--template-root xfs 50G 2.0G 48G 4% /devtmpfs devtmpfs 480M 0 480M 0% /devtmpfs tmpfs 489M 0 489M 0% /dev/shmtmpfs tmpfs 489M 6.7M 483M 2% /runtmpfs tmpfs 489M 0 489M 0% /sys/fs/cgroup/dev/mapper/centos_centos7--template-home xfs 68G 33M 68G 1% /home/dev/sda1 xfs 497M 123M 375M 25% /boottmpfs tmpfs 98M 0 98M 0% /run/user/0/dev/sdb btrfs 40G 17M 38G 1% /mnt
5）在线调整文件系统大小
[root@centos7-template ~]# btrfs filesystem resize -10G /mnt Resize '/mnt' of '-10G'[root@centos7-template ~]# df -Th 文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点/dev/mapper/centos_centos7--template-root xfs 50G 2.0G 48G 4% /devtmpfs devtmpfs 480M 0 480M 0% /devtmpfs tmpfs 489M 0 489M 0% /dev/shmtmpfs tmpfs 489M 6.7M 483M 2% /runtmpfs tmpfs 489M 0 489M 0% /sys/fs/cgroup/dev/mapper/centos_centos7--template-home xfs 68G 33M 68G 1% /home/dev/sda1 xfs 497M 123M 375M 25% /boottmpfs tmpfs 98M 0 98M 0% /run/user/0/dev/sdb btrfs 30G 17M 18G 1% /mnt[root@centos7-template ~]# btrfs filesystem resize +10G /mnt Resize '/mnt' of '+10G'[root@centos7-template ~]# df -Th 文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点/dev/mapper/centos_centos7--template-root xfs 50G 2.0G 48G 4% /devtmpfs devtmpfs 480M 0 480M 0% /devtmpfs tmpfs 489M 0 489M 0% /dev/shmtmpfs tmpfs 489M 6.7M 483M 2% /runtmpfs tmpfs 489M 0 489M 0% /sys/fs/cgroup/dev/mapper/centos_centos7--template-home xfs 68G 33M 68G 1% /home/dev/sda1 xfs 497M 123M 375M 25% /boottmpfs tmpfs 98M 0 98M 0% /run/user/0/dev/sdb btrfs 40G 17M 38G 1% /mnt
6）往当前btrfs文件系统添加设备，以达到在线扩容扩容目的
[root@centos7-template ~]# btrfs device add /dev/sdd /mnt#查看挂载点信息[root@centos7-template ~]# btrfs device usage -h /mnt/dev/sdb, ID: 1 Device size: 20.00GiB Data,RAID0: 1.00GiB Metadata,single: 8.00MiB Metadata,RAID1: 1.00GiB System,single: 4.00MiB System,RAID1: 8.00MiB Unallocated: 17.98GiB /dev/sdc, ID: 2 Device size: 20.00GiB Data,RAID0: 1.00GiB Metadata,RAID1: 1.00GiB System,RAID1: 8.00MiB Unallocated: 17.99GiB /dev/sdd, ID: 3 Device size: 20.00GiB Unallocated: 20.00GiB
7）执行chunk重新均衡
[root@centos7-template ~]# btrfs balance start /mntDone, had to relocate 5 out of 5 chunks
8）修改chunk的profile属性
[root@centos7-template ~]# btrfs balance start -f -mconvert=raid1 /mntDone, had to relocate 2 out of 3 chunks [root@centos7-template ~]# btrfs balance start -f -sconvert=raid1 /mnt Done, had to relocate 1 out of 3 chunks [root@centos7-template ~]# btrfs balance start -f -dconvert=raid1 /mnt Done, had to relocate 1 out of 3 chunks
9）输出btrfs文件系统简要信息
- [root@centos7-template ~]# btrfs filesystem df -h /mnt Data, RAID1: total=1.00GiB, used=512.00KiB
- System, RAID1: total=32.00MiB, used=16.00KiB
- Metadata, RAID1: total=1.00GiB, used=112.00KiB
- GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B
10）拆除设备
[root@centos7-template ~]# btrfs device delete /dev/sdd /mnt[root@centos7-template ~]# btrfs filesystem show /mntLabel: 'mydata' uuid: 7f0ca4e4-1823-4cf1-87d4-44a5190ed32a Total devices 2 FS bytes used 448.00KiB devid 1 size 20.00GiB used 1.28GiB path /dev/sdb devid 2 size 20.00GiB used 1.28GiB path /dev/sdc btrfs-progs v3.19.1
11）创建子卷
[root@centos7-template ~]# btrfs subvolume create /mnt/tmpCreate subvolume '/mnt/tmp'[root@centos7-template ~]# ls /mnttmp [root@centos7-template ~]# btrfs filesystem showLabel: 'mydata' uuid: 7f0ca4e4-1823-4cf1-87d4-44a5190ed32a Total devices 2 FS bytes used 464.00KiB devid 1 size 20.00GiB used 1.28GiB path /dev/sdb devid 2 size 20.00GiB used 1.28GiB path /dev/sdc btrfs-progs v3.19.1#查看子卷的摘要信息，此时可看到子卷的初始容量为1G[root@centos7-template ~]# btrfs filesystem df -h /mnt/tmpData, RAID1: total=1.00GiB, used=320.00KiB System, RAID1: total=32.00MiB, used=16.00KiB Metadata, RAID1: total=256.00MiB, used=128.00KiB GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B#查看子卷id及path[root@centos7-template ~]# btrfs subvolume list /mnt/tmpID 263 gen 67 top level 5 path tmp#列出当前所有子卷的id及path[root@centos7-template ~]# btrfs subvolume list /mntID 263 gen 67 top level 5 path tmp#通过路径查看卷信息[root@centos7-template ~]# btrfs subvolume show /mnt/mnt is btrfs root [root@centos7-template ~]# btrfs subvolume show /mnt/tmp/mnt/tmp Name: tmp uuid: 0e6af78b-849f-a84e-9529-3280ec096201 Parent uuid: - Creation time: 2016-06-02 20:42:09 Object ID: 263 Generation (Gen): 67 Gen at creation: 67 Parent: 5 Top Level: 5 Flags: - Snapshot(s):#往子卷中创建一个2G大小的文件（超过初始分配的1G容量）[root@centos7-template /]# cd /mnt/tmp[root@centos7-template tmp]# dd if=/dev/zero of=./data bs=1M count=2048记录了2048+0 的读入 记录了2048+0 的写出2147483648字节(2.1 GB)已复制，1.16797 秒，1.8 GB/秒#此时发现子卷的容量自动扩展为3G[root@centos7-template tmp]# btrfs filesystem df -h /mnt/tmpData, RAID1: total=3.00GiB, used=2.00GiB System, RAID1: total=32.00MiB, used=16.00KiB Metadata, RAID1: total=256.00MiB, used=2.22MiB GlobalReserve, single: total=16.00MiB, used=0.00B
12）单独挂载子卷
[root@centos7-template tmp]# mkdir /root/tmp[root@centos7-template tmp]# mount -o subvol=tmp /dev/sdb /root/tmp[root@centos7-template tmp]# ll /root/tmp总用量 2097152-rw-r--r--. 1 root root 2147483648 6月 2 21:10 data13）创建快照
命令语法如下：
snapshot [-r] |[/]
加上-r参数快照卷为只读，否则为读写
[root@centos7-template tmp]# btrfs subvolume snapshot -r /mnt/tmp /mnt/tmp-snapshot Create a readonly snapshot of '/mnt/tmp' in '/mnt/tmp-snapshot'[root@centos7-template tmp]# ls /mnt/tmp-snapshot/data#往原卷添加数据，快照卷的内容并未改变[root@centos7-template tmp]# touch /mnt/tmp/test.txt[root@centos7-template tmp]# ls /mnt/tmp-snapshot/ data
14）删除子卷和快照
[root@centos7-template mnt]# btrfs subvolume delete /mnt/tmpDelete subvolume (no-commit): '/mnt/tmp'[root@centos7-template mnt]# ll tmp-snapshot/总用量 2097152-rw-r--r--. 1 root root 2147483648 6月 2 21:10 data [root@centos7-template mnt]# btrfs subvolume delete /mnt/tmp-snapshot/Delete subvolume (no-commit): '/mnt/tmp-snapshot'[root@centos7-template mnt]# ls[root@centos7-template mnt]#
15）btrfs与ext4文件系统之间相互转换
[root@centos7-template mnt]# mkfs.ext4 /dev/sdd[root@centos7-template mnt]# mount /dev/sdd /root/tmp[root@centos7-template mnt]# vim /root/tmp/test.txtfirst line. [root@centos7-template mnt]# umount /dev/sdd[root@centos7-template mnt]# btrfs-convert /dev/sddcreating btrfs metadata. copy inodes [o] [ 0/ 12] creating ext2fs p_w_picpath file. cleaning up system chunk. conversion complete. [root@centos7-template mnt]# mount /dev/sdd /root/tmp[root@centos7-template mnt]# cat /root/tmp/test.txt first line. [root@centos7-template mnt]# umount /dev/sdd[root@centos7-template mnt]# btrfs-convert -r /dev/sddrollback complete. [root@centos7-template mnt]# mount /dev/sdd /root/tmp[root@centos7-template mnt]# cat /root/tmp/test.txt first line. [root@centos7-template mnt]# umount /root/tmp
