Studio环境的Btrfs存储

我的Btrfs使用经验

备注

Btrfs实践是在Ubuntu和Arch Linux完成，本文在涉及不同操作系统时会指出区别，并综合两者的文档。

备注

2019年，我在Arch Linux上实践 在Studio中使用btrfs文件系统 遇到运行Windows虚拟机间歇性hang的问题，推测和Btrfs开启了 zstd 压缩有关。因为之前在Ubuntu上部署btrfs使用了很长时间也没有遇到问题，但是这次系统报错:

[Tue Oct  1 23:44:37 2019] BTRFS warning (device sda4): csum failed root 257 ino 293 off 15661608960 csum 0x445ced74 expected csum 0x2f7d82ec mirror 1
[Tue Oct  1 23:44:38 2019] BTRFS warning (device sda4): csum failed root 257 ino 293 off 15661608960 csum 0x445ced74 expected csum 0x2f7d82ec mirror 1

另外一个现象是在 /var/lib/libvirt/images 目录下压缩30G大小Windows镜像，压缩非常缓慢远超过1小时，并且压缩文件解压缩以后，Wiondows虚拟机运行时显示磁盘文件系统损坏，自动修复依然失败。

复制报错:

cp: error reading 'win10.qcow2': Input/output error

执行vm clone报错:

ERROR    Couldn't create storage volume 'win10.qcow2': 'internal error: Child process (/usr/bin/qemu-img convert -f qcow2 -O qcow2 -o compat=1.1,lazy_refcounts /data-libvirt/images/win10.qcow2 /var/lib/libvirt/images/win10.qcow2) unexpected exit status 1: qemu-img: error while reading sector 13647872: Input/output error

我当时以为是Btrfs的软件缺陷，但是我现在回顾 Facebook的Btrfs ，原文提到btrfs对系统负载较大，容易暴露CPU问题。对比之下，回想起来感觉当时是存储硬件故障的可能性比较大。

因为我在2022年初时候尝试将闲置许久的这台笔记本重装macOS，就发现macOS安装时存储SMART检测无法通过，macOS拒绝安装操作系统。这说明当初 btrfs 报错可能已经是MacBook笔记本存储逐渐出现硬件劣化的征兆了。所以上文对压缩算法的评估，我现在认为很可能是不准确的。

Btrfs的多次实践

我在2019年10月1日的btrfs系统中发现了异常虚拟机hang以及btrfs读写错误(推测是硬件隐患故障)，转眼已过去2年。2021年，我重新在 HPE ProLiant DL360 Gen9服务器 上部署了 Ubuntu Linux 来运行虚拟化 KVM ，存储再次选择 Btrfs 。我期望能够验证和充分发挥系统性能

2022年11月，我在 移动云计算构建 选择 Asahi Linux ，使用zfs-dkms在arch linux(ARM)编译安装ZFS 遇到内核版本和zfs不兼容问题，所以再次采用 移动云计算的Btrfs实践 。

初始安装操作系统的磁盘

在初始化安装的Ubuntu操作系统，磁盘分区如下:

Disk /dev/sda: 476.96 GiB, 512110190592 bytes, 1000215216 sectors
Disk model: INTEL SSDSC2KW51
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: 9AA02658-A444-4DE6-8DEE-8978DA2F02B6

Device     Start      End  Sectors Size Type
/dev/sda1   2048     4095     2048   1M BIOS boot
/dev/sda2   4096 67112959 67108864  32G Linux filesystem

物理主机是500GB的SSD，目前划分给操作系统占用32GB。

由于物理主机将同时运行KVM和Docker，所以需要给 /var/lib/libvirt 和 /var/lib/docker 巨大的容量空间以存储虚拟机和容器镜像。

在Linux平台，具有伸缩性的文件系统，我选择采用btrfs：

  • 结合了LVM和上层文件系统，实现了类似ZFS的功能

  • 每个卷只是逻辑划分，所以整体上共享整个磁盘空间，这样就不需要为每个卷折腾空间大小规划了

警告

Btrfs 是现代的copy-on-write的文件系统，提供了很多针对失效容忍、修复和易于管理的高级特性。但是，btrfs的稳定性需要关注 btrfs status ，确保采用符合自己需求和稳定性的功能。

Btrfs工具

  • Ubuntu安装Btrfs工具 btrfs-progs （在RHEL/CentOS中名为 btrfs-tools 软件包):

    apt install btrfs-progs

  • Arch Linux的软件包同名，安装命令如下:

    pacman -S btrfs-progs

加载btrfs模块:

modprobe btrfs

  • 在 Ubuntu 20.04.3 LTS 服务器版本，默认已经安装了 btrfs-progs 并且加载了内核模块:

    lsmod | grep btrfs

可以看到内核加载了 zstd_compress

btrfs                1257472  0
zstd_compress         167936  1 btrfs
xor                    24576  2 async_xor,btrfs
raid6_pq              114688  4 async_pq,btrfs,raid456,async_raid6_recov
libcrc32c              16384  4 nf_conntrack,nf_nat,btrfs,raid456

磁盘分区

备注

当前 HPE ProLiant DL360 Gen9服务器 只安装了一块 SATA SSD磁盘，由于 Docker btrfs 存储驱动 要求独立的块设备，所以我分别为 Docker 划分一个分区:

  • /dev/sda3 挂载为docker使用的 /var/lib/docker

需要注意，libvirt官方并不支持使用 Btrfs 作为存储池，虽然我在实践中也采用过 Btrfs 的子卷存储镜像，但是我参考了一些资料，发现这个方式存在缺陷，详见 Btrfs文件系统简介

使用 parted 创建 /dev/sda3 来构建btrfs:

parted -a optimal /dev/sda

备注

parted 提供了4k对齐优化（参考 Create partition aligned using parted ），使用参数 --align 或 -a 指定优化，一般可以使用 optimal 由parted自动处理对齐功能。

显示磁盘分区:

GNU Parted 3.3
Using /dev/sda
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.
(parted) print
Model: ATA INTEL SSDSC2KW51 (scsi)
Disk /dev/sda: 512GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags:

Number  Start   End     Size    File system  Name  Flags
 1      1049kB  2097kB  1049kB                     bios_grub
 2      2097kB  34.4GB  34.4GB  ext4

增加分区3:

mkpart primary btrfs 51.4GB 251GB

备注

parted 命令格式 mkpart part-type fs-type start end

part-type 可以是 primary extended 或 logical ，但是这种分区类型只对MBR分区表有效。所以如果是GPT分区表，则使用 primary 只会将分区名字设置为 primary 类似如下:

Number  Start   End     Size    File system  Name     Flags
 3      51.7GB  352GB   300GB   btrfs        primary

备注

增加分区3作为btfs，用于存储Docker的镜像

备注

最初我采用的 在Studio中使用btrfs文件系统 方式，将一个btrfs文件系统划分多个子卷分别提供给KVM，Docker和home存储。

但是参考Docker官方文档，解决方案有所不同，所以实际操作请参考 Docker btrfs 存储驱动 进行。

现在本文是在 ThinkPad X220笔记本 的再次实践，结合了用于 Docker 的独立btrfs分区和用于数据存储/KVM虚拟机的btrfs分区。

增加分区4:

mkpart primary btrfs 352GB 100%

备注

在 分区4作为LVM卷，将再划分逻辑卷，用于构建Ceph存储的底层块设备()，采用BlueStore存储引擎。

对新增分区命名:

name 3 docker
name 4 data

备注

上述2个新增分区是在 ThinkPad X220上运行Arch Linux 中使用docker(docker分区)和livirt+数据存储(data分区)。对于 MacBook Pro上运行Ubuntu 则会将数据分区构建成LVM分区，以便实现 Stuido环境Docker容器运行Ceph 方案中采用LVM设备模拟docker中的存储设备，就可以单机运行基于 Ceph后端存储引擎BlueStore 的Ceph模拟集群。

磁盘分区完成后，检查结果:

(parted) print
Model: ATA INTEL SSDSC2KW51 (scsi)
Disk /dev/sda: 512GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags:

Number  Start   End     Size    File system  Name    Flags
 1      1049kB  512MB   511MB   fat16                boot, esp
 2      512MB   51.7GB  51.2GB  ext4
 3      51.7GB  352GB   300GB   btrfs        docker
 4      352GB   512GB   160GB   btrfs        data

在初步完成了磁盘分区规划之后，我们现在有了可以用于btrfs的磁盘分区 /dev/sda3 ，请参考 配置Docker使用btrfs存储驱动 完成Docker的btrfs存储引擎设置。如果你需要多种用途混合使用btrfs，也可以参考 在Studio中使用btrfs文件系统 。

参考