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B-tree 文件系統（Btrfs）融合了文件系統和卷管理器。它為 Linux 操作系統提供了高級文件系統應當擁有的諸多不錯的功能特性。

好幾年前 Btrfs 就已經可以在 Linux 中使用了，所以你可能已經熟悉它了。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 現在是它的默認文件系統）。本文旨在幫助你熟悉它及其高級功能，例如 寫時復制 和 校驗和。

Btrfs 是 “B-Tree Filesystem” 的縮寫，實際上是文件系統和卷管理器的結合體。它通常被視為對 ZFS 的回應，ZFS 早在 2005 年就被引入 Sun 微系統的 Solaris 操作系統中，現在基本上被一個名為 OpenZFS 的開源實現所取代。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 并將其安裝到一個新的虛擬機（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置，包括驅動器分區和格式化，以保持本教程的準確“開箱即用”設置。當虛擬機啟動并運行后，我安裝并運行了 GNOME 分區編輯器（GParted），以獲得一個良好的、工廠級的驅動器布局視圖。

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

從安裝這一點來說，與你以前所習慣的情況沒什么不同；事實上，你可以正常使用該系統，甚至可能沒有注意到文件系統是 Btrfs。然而，擁有這個新的默認文件系統使你能夠利用幾個很酷的特性。

檢查 Btrfs 文件系統

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

在命令行中，你可以更仔細地查看 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 標簽

我首先注意到的是安裝程序設置的文件系統標簽：fedora_localhost-live。這是不準確的，因為它現在是一個已安裝的系統，不再是 livecd。所以我使用 btrfs filesystem label 命令對其進行了更改。

修改 Btrfs 標簽非常的簡單：

# 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 管理的標準目錄。我的新 Fedora 33 工作站上有幾個子卷：

# 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'

子卷允許設置配額、拍攝快照以及復制到其他位置和其他主機等操作。那么系統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，添加一個新的用戶帳戶會創建一個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

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

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

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

使用 getent passwd student2 驗證用戶，它將顯示為正常。但是，運行 btrfs subvolume 命令列出子卷，你將看到一些有趣的內容：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

探索企業服務器環境的第二個場景。假設你需要在 /opt 中安裝一個 WildFly 服務器并部署一個 Java web 應用程序。通常，你的第一步是創建一個 wildfly 用戶。使用新的 --btrfs-subvolume-home 選項和 -b 選項來指定 /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，并且主目錄設置在了 /opt/wildfly。

刪除用戶

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

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

設置磁盤使用配額

在我的一節計算機科學課上，一個學生運行了一個失控的 C 程序，然后寫進了磁盤，將我們院的 Unix 系統上整個 /home 目錄都填滿了！在管理員終止失控進程并清除一些空間之前，服務器將無法使用。上述情況也是如此；那個 Wildfly 企業應用程序將為其用戶提供越來越多的日志文件和內容存儲。如何防止服務器因磁盤已滿而死機？設置磁盤使用限制是個好主意。幸運的是，Btrfs 通過設置配額的方式支持這一點。

配置配額需要幾個步驟。第一步是在 Btrfs 文件系統上啟用配額：

# btrfs quota enable /

確保你知道每個子卷的配額組（qgroup）ID 號，該編號由 btrfs subvolume list 命令顯示。每個子卷都需要基于 ID 號碼來關聯配額組。這可以通過 btrfs qgroup create 單獨完成，但是，btrfs 維基提供了以下命令來加快為文件系統上的子卷創建配額組：

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

在新安裝的 Fedora 33 工作站系統中，你在根文件系統路徑上操作，/。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

于是現在，你可以將配額分配給其中一個配額組，然后將配額應用于其關聯的子卷。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

稍有不同的選項參數將顯示所有配額組和設置的所有配額：

# 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，快照和發送/接收是兩個值得學習的功能。

總結討論

Btrfs 為向 Linux 提供高級文件系統特性集貢獻了很多特性。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，但是 Btrfs 是完全開源的，不受專利的限制。

如果你想探索這個文件系統，我建議從虛擬機或備用系統開始。

我想能夠出現一些圖形化的管理工具，為那些喜歡用圖形工具的系統管理員提供便利。幸運的是，Btrfs 具有強大的開發活動，Fedora 33 項目決定將其設置為工作站上的默認值就證明了這一點。