Btrfs文件系统简介

Btrfs的优点

  • 卷管理可以避免分区不合理

目前在Fedora的Btrfs使用单分区磁盘配置,并且Btrfs内建了卷管理功能。之前的Ext4文件系统需要非常小心磁盘分区设置,并且对于普通用户难以调整(例如在安装时分配了过小的根目录或home目录)。而Btrfs集成了卷管理,可以避免初始分配不合理的隐患。

  • 内建了数据校验功能防止数据损坏

数据存储在磁盘或者SSD中,可能存在数据腐败,物理扇区损坏,甚至辐射破坏。Btrfs的通过checksums来保障数据安全,并且在每次读取时执行校验。这样损坏的数据不会导致问题,也不会被错误备份导致在某天无法恢复。

  • 写时复制特性节约存储空间也提高了性能

Btrfs的 copy-on-write 模式可以确保数据和文件系统不会覆盖,也保障了crash时数据安全。当复制文件时,Btrfs不会写入新数据,直到你真正修改了旧数据,这种方式解决了空间。

  • 透明压缩功能节约空间

Btrfs的内建透明压缩功能可以降低写入消耗,节约空间并延长flash设备寿命。很多情况下,文件系统压缩功能也提高了性能。文件系统压缩可以在整个文件系统激活,也可以在子卷、目录甚至单个文件激活。

企业级使用Btrfs

根据网上信息了解,Facebook可能是最积极采用Btrfs的超级互联网公司,并且雇佣了Btrfs的核心开发者,也是能够在生产环境采用Btrfs高级特性并保证稳定性的底气。

Facebook使用Btrfs的快照和镜像来隔离容器,在 Btrfs at Facebook(facebookmicrosites) 透露了F厂应用Btrfs遇到的问题和解决方案。同时在LWN源代码新闻网站, Btrfs at Facebook(LWN) 记录了Btrfs开发 Josef Bacik 在 2020 Open Source Summit North America 演讲,介绍了Facebook利用Btrfs进行快速测试的隔离解决方案。

发行版对Btrfs的使用

SUSE

SUSE Linux Enterprise Server(SLES)在很久之前的发行版就默认采用Btrfs。由于SLES是面向企业用户,已经在很多企业环境中得到使用。

Fedora/RHEL/CentOS

参考 Red Hat banishes Btrfs from RHEL 报道,Red Hat在RHEL 7.4还保持Btrfs上游补丁更新,但之后放弃了Btrfs功能更新。从 RHEL 8 Considerations in adopting RHEL 8Chapter 12. File systems and storage 可以看到Red Hat Enterprise Linux 8已经完全移除了Btrfs支持,已经不能在RHEL中创建、挂载和安装Btrfs文件系统。

注解

why redhat abandon btrfs where SUSE makes it default.? 最新的2021年8月 Red Hat Expert Andrew Puch 有一个详尽的答复,说明了Red Hat的文件系统路线:

2020年8月发布的最新的Fedora 33修改了桌面系列(Fedora Workstation, Fedora KDE等)的默认文件系统,采用了Btrfs替代了以前版本采用的默认Ext4文件系统。在此之前,2012年开始,Fedora就已经试验性引入了Btrfs,经过8年的社区验证,终于迈出了一大步。

这意味着Btrfs的现代化特性:数据一致性、SSD优化、压缩、可写快照、多设备支持等等已经进入了稳定和成熟的状态。所以,我估计可能在后续的 Red Hat Enterprise Linux 发行版中会再度加入Btrfs支持。

注解

Fedora作为Red Hat Enterprise Linux的上游版本,是很多新技术进入企业级应用阶段的前奏。Fedora验证测试的技术从一定程度上证明了技术的可靠性和稳定性,在经过几轮发行版后,验证成熟的技术极有可能融入到最新的RHEL发行版。

虚拟化和Btrfs

警告

参考 rockstable libvirt文档 以及 archlinux - QEMU 如果将QEMU的虚拟磁盘镜像存储到Btrfs文件系统,需要事先关闭Btrfs目录的Copy-on-Write(CoW)功能,否则存储性能会受到影响。(这个关闭也会同时禁用了Btrfs的checksum功能,会导致Btrfs无法检测到腐败的 nodatacow 文件)

实际上限制很多,所以我在 KVM 实践中,将转为采用 Stratis - Linux存储系统 作为存储文件系统

NAS方案

Rockstor存储 提供了结合 Docker btrfs 存储驱动 实现容器化运行NAS的方案,使用了很多开源架构,值得分析和研究。请参考 Rockstor存储简介 以及我的后续实践。

我的观点

Btrfs和ZFS是目前Linux系统功能最丰富同时也是最具发展潜力的本地文件系统。两者各自有独特的发展历史和技术优势,当前都已经逐步进入稳定生产状态,比早期动辄crash已经不可同日而语。

Btrfs和ZFS需要非常精心的部署和调优,以充分发挥最佳性能。但是,这两个文件系统也是非常复杂,在使用中实际上有很多需要仔细理解原理和精心配置,否则会导致数据损坏和系统异常。

建议保持持续跟进观察,并不断做性能和稳定性测试,在合适的时候正式采用Btrfs。

参考