Linux新一代的檔案系統btrfs：多儲存裝置間的協同

    Btrfs檔案系統除了單一磁碟或磁區能獨立運作之外，也能多個磁碟或磁區協同運作，例如像RAID『備援磁碟陣列』的儲存方式，但和RAID不同，btrfs則是以軟體來建構。可以將多個小磁碟組合成一個大磁碟來用（RAID0），或是提供備援儲存（RAID1），資料會有兩個副本分別存放在不同的磁碟上，其中一個磁碟壞了也沒關係，資料還是能完整存取，不怕丟失。多個磁碟組合（RAID0）理論上效率會提升一些，因為一個檔案能分散在多個磁碟中同時存取，能更快的存取到整個檔案。當然，也支援兩種方式組合起來用（RAID10），同時兼顧效能及資料保全。

實驗性質的試用一下btrfs在多儲存裝置間的協同運作，我是用Chakra Linux作業系統（安裝過程請參閱另外一篇文章：Chakra Linux使用新一代btrfs檔案系統實作）

Chakra系統設定好後記得要先安裝btrfs-progs工具

# pacman -S btrfs-progs


多個磁碟或磁區組成RAID

先將您需要的磁區分割好（例如：/dev/sda1、/dev/sdb2、/dev/sdc3、……），或者不用分割也行，用整顆硬碟當作儲存空間（例如：/dev/sda、/dev/sdb、/dev/sdc、……），磁區大小不相同也沒關係，這是btrfs的另外一個特點，btrfs會自動依照需求調整最後能利用的儲存空間，細節請參閱這篇"The Btrfs Q&A"，RAID0及RAID1至少要兩個磁區，RAID10則至少要四個磁區，指令格式如下：

格式化

# mkfs.btrfs /dev/sda1 /dev/sdb2 /dev/sdc3 ……

btrfs格式化的內定參數metadata為raid1（DUP/重複），data為raid0（single/單一），在btrfs檔案系統中，會有所謂的system、metadata及data三種資料，system大概是存放btrfs的系統資料，當data中的資料無法讀取時，btrfs可以試著從metadata中把資料找出來，當檔案系統掛載後可以用btrfs filesystem df指令來查詢，下面會再細述。格式化時也可以分別另外指定metadata與data為raid0、raid1或raid10，"-m"代表metadata，"-d"代表data，例如：

# mkfs.btrfs -m raid0 -d raid0 /dev/sda1 /dev/sdb2 /dev/sdc3 ……

指定metadata為raid0，data為raid0


# mkfs.btrfs -m raid1 -d raid0 /dev/sda1 /dev/sdb2 /dev/sdc3 ……

指定metadata為raid1，data為raid0

# mkfs.btrfs -m raid0 -d raid1 /dev/sda1 /dev/sdb2 /dev/sdc3 ……

指定metadata為raid0，data為raid1

# mkfs.btrfs -m raid0 -d raid0 /dev/sda1 /dev/sdb2 /dev/sdc3 ……

指定metadata為raid1，data為raid1

目前可以用的參數為raid0、raid1及raid10，請依需求自行決定，使用raid10需至少四個磁區，而raid5尚未支援。


修改/etc/fstab

若格式化完成時，用GParted或KDE Partition Manager來看這些磁區時，這些磁區的UUID會相同，因此要指定這個RAID儲存空間的btrfs參數時，就需要將這個UUID登錄在/etc/fstab中，btrfs的參數請自行參閱其他文件，若少掉這個動作則在掛載時會出現磁區檔案格式不明的錯誤，沒辦法掛載。

# nano /etc/fstab

UUID=90s6r8T67T....f7d   btrfs defaults,compress=zlib,autodefrag 0 0

掛載/卸載

掛載時只要掛載其中一個磁區即可，例如將RAID掛載到/mnt：

# mount /dev/sda1 /mnt

掛載後可用指令查詢

# btrfs filesystem show

Label: btrfs-home  uuid: 8bd1f966-25d5-4ed7-8548-62fbdcb911f1
        Total devices 3 FS bytes used 28.00KB
        devid    3 size 5.00GB used 1.01GB path /dev/sda1
        devid    2 size 5.00GB used 1.01GB path /dev/sdb2
        devid    1 size 5.00GB used 2.02GB path /dev/sdc3

Btrfs v0.20-rc1-566-gd1570a0


或

# btrfs filesystem df /mnt

Data, single: total=147.00GiB, used=144.81GiB
System, DUP: total=32.00MiB, used=24.00KiB
System, single: total=4.00MiB, used=0.00
Metadata, DUP: total=512.00MiB, used=329.93MiB


df指令顯示btrfs檔案系統中system、metadata及data的使用情形，其中single就表示是以單一（RAID0/non-redundant）的儲存方式，DUP表示重複儲存（RAID1/redundant）。


卸載時

# umount /mnt

或

# umount /dev/sda1

一顆硬碟分割成多個磁區，協同組成一個RAID0的檔案系統不會比將整顆硬碟分割成一個磁區來得更有效率，本人有做過一個小實驗，將我的筆記型電腦同樣使用Chakra作業系統，使用同一顆的硬碟，同樣的硬體架構，但用檔案系統使用Reiser、Btrfs、多磁區組成的Btrfs及Ext4等四種檔案系統，將一個約6GB大小的資料夾拷備到另外的目錄中，這資料夾內有大檔案也有小檔案，來源和目的資料夾都是相同的檔案系統，所花的時間如下：

Reiser              9:51
Btrfs               6:11  (單一磁區)
Btrfs               8:18 （單硬碟多磁區RAID0)
Ext4                6:07

由上看起RAID0如果是在同一個硬碟內並不會比較有效率，反而更差，對於一個檔案分散存放在不同的磁區內實際上就代表碎片化，效能當然較差囉。在效能上btrfs和ext4差異不大，當然，這並不是很客觀，僅供參考，效率和資料的組成型態會有很大的關係，但這個很難客觀呈現。

新增加或移除一個磁區

# btrfs device add /dev/sdd1 /mnt

上述指令將/dev/sdf1加到/mnt所掛載的btrfs檔案系統中，再利用下列指令確認一下是否/dev/sdf1已經列入檔案系統中

# btrfs filesystem show

如要移除/dev/sdd1請執行：

# btrfs device delete /dev/sdd1 /mnt


儲存裝置間的平衡（balance）

btrfs在多裝置協同運作時會將資料平均分配在不同的裝置上，在多裝置的btrfs檔案系統新增或移除一個裝置時，會造成資料存放不均，可以用balance指令，將資料於多裝置間平衡，balance指令用於單一儲存裝置並沒有意義，就算在多裝置的檔案系統中也不需要特別執行這個指令，因為btrfs在平時運作就會自動保持資料量的平衡，除非是新增或移除裝置時才有需要執行這個指令，指令如下：

$ sudo btrfs filesystem balance start /mnt

針對"/mnt"所指的btrfs檔案系統開始balance，這時終端機會停止，btrfs會在背景進行balance維護，這個動作會跑過檔案系統中所有的資料，依照資料的量可能會需要一些時間，如要查詢balance的維護進度，請另再開一個終端機，執行下列指令：

$ sudo btrfs filesystem balance status /mnt

Balance on '/mnt' is running
5 out of about 106 chunks balanced (6 considered),  95% left

暫停及繼續balance維護：

$ sudo btrfs filesystem balance pause /mnt
$ sudo btrfs filesystem balance resume /mnt

停止balance維護：

$ sudo btrfs filesystem balance cancel /mnt

更改RAID Level

btrfs可以在線上更改metadata及data的RAID Level，例如以下的指令將metadata及data均改為raid1：

# btrfs balance start -dconvert=raid1 -mconvert=raid1 /mnt


參考資料：

1.A Beginner's Guide To btrfs
2.Arch Wiki：btrfs
3.新一代Linux文件系统btrfs简介