Btrfs/ja

Btrfs は、ファイルシステムです. ]]Btrfs は Oracle、Red Hat、富士通、Intel、SUSE、STRATOなどによって共同で開発されており、GPL の条件下でライセンスされて広く貢献を受け入れています.

特徴
Ext4 が安全確実で、広い領域をもつ巨大なファイルシステムも扱えるのにもかかわらず、なぜ Btrfs に切り替えるのでしょうか. たしかに Btrfs は未だ試験的なものと思われており、安定性の向上途上です. しかし、Linux システムのデフォルトのファイルシステムとなる時が近づきつつあります. Linux のディストリビューションのなかには、最新のリリースにおいて既に Btrfs に切り替え始めたものもあります. Btrfs は、ZFS にも備わっている一般的な先進機能に対応しています. こうした機能は、 BSD 系ディストリビューションや NAS 機器において ZFS の人気が高くなっている理由でもあります.


 * コピーオンライト (CoW) とスナップショット - "ホット" なファイルシステムや仮想マシン (VM) からでさえも、増分バックアップを容易にします.
 * ファイルレベルチェックサム - ファイル毎のメタデータがチェックサムを含み、エラーの検出と修復に使用されます.
 * 圧縮 - ファイルは動的に圧縮・展開され、読み込み性能を向上させます.
 * 自動デフラグメンテーション - ファイルシステムは使用中に、バックグラウンドスレッドによって調整されます.
 * サブボリューム - 複数のファイルシステムは、それぞれのパーティションの中に入れて使う代わりに、単一の容量プールを共有できます.
 * RAID - Btrfs は固有の RAID 実装を持っており、RAID を行うのに LVM あるいは は必要ではありません. 現時点では RAID 0、1、10 がサポートされています；RAID 5 と 6 は不安定と見られています.
 * パーティションは任意です - Btrfs はパーティションに入れて使うことができる一方で、生デバイス を直接使用する能力も持っています.
 * データ重複排除 - 限定的なデータ重複排除サポートを持っています；しかしながら、重複排除は将来的に Btrfs の標準的機能となる予定です. これにより、Btrfs はバイナリ差分によってファイル比較を行うことで、容量を節約できます.

Down the road, new clustered filesystems will readily take advantage of Btrfs with its copy on write and other advanced features for their object stores. Ceph is one example of a clustered filesystem that looks very promising, and can take advantage of Btrfs.

カーネル
Btrfs に対応するには、つぎのカーネルオプションを有効にしてください:

Emerge
パッケージには、 Btrfs を扱うために必要なユーティリティが入っています.

使い方
Btrfs の長いコマンドをタイプすることはすぐに手間になるでしょう. それぞれのコマンド（最初の コマンド以外）はとても短い命令に短縮できます. この方法は、コマンドラインから作業するときにタイプする文字数を減らすのに役立ちます.

例えば、 にあるファイルシステムをデフラグするには、長いコマンドは次のようになります:

Shorten each of the longer commands after the command by reducing them to their unique, shortest prefix. In this context, unique means that no other commands will match the command at the command's shortest length. The shortened version of the above command is:

で始まる コマンドは他にありません；  が唯一です. コマンドの下で、 サブコマンドも同様です.

作成
パーティションを Btrfs で作成するには:

上の例の、 をフォーマットしたいパーティション番号で、  をフォーマットしたいディスクレターで置き換えてください. 例えば、システムの 1 番目のディスクの 3 番目のパーティションを Btrfs でフォーマッしたい場合には、次を実行してください:

マウント
ファイルシステムを作成したら、さまざまな方法でマウント可能です:


 * - 手動マウント.
 * - にマウントポイントを定義することで、システム起動時に自動でマウントされます.
 * Removable media - 必要に応じた自動マウント（USB ドライブに便利です）.
 * AutoFS - ファイルシステムアクセス時に自動マウント.

ext* ベースファイルシステムから変換する
ユーティリティを使用して、ext2、ext3、ext4 ファイルシステムを Btrfs に変換することができます.

次の手順はアンマウントされたファイルシステムの変換のみサポートしています. ルートパーティションを変換するためには、システムレスキューディスク（SystemRescueCD は上手く働きます）で起動してから、ルートパーティションに対して変換コマンドを実行してください.

まず、マウントポイントを確実にアンマウントしてください:

適切な ツールを使用してファイルシステムの整合性を確認してください. 次の例ではファイルシステムは ext4 としています:

を使用して、ext* フォーマットされたデバイスを Btrfs フォーマットされたデバイスに変換してください:

デバイスがフォーマットされたら、忘れずに を編集して、ファイルシステムのカラムを ext4 から Btrfs に変更してください:

デフラグ
Btrfs の機能のひとつに、オンラインでのデフラグメンテーションがあります. ルート Btrfs ファイルシステムをデフラグするには、次を実行してください:

圧縮
Btrfs は zlib、lzo、zstd (v5.1.0) 圧縮アルゴリズムを使用した透過的圧縮をサポートしています.

ファイルの属性を設定することで特定のファイルのみ圧縮することも可能です:

マウントオプションは、新しく作成されたファイルをすべて圧縮するように、デフォルトの振る舞いを設定します. ファイルシステム全体を再圧縮するには、次のコマンドを実行してください:

CPU とディスク性能によっては、lzo 圧縮を使うと全体のスループットが向上するかもしれません.

lzo の代わりに zlib または zstd 圧縮アルゴリズムを使用することもできます. zlib は遅いですが高い圧縮率を持ち、zstd は両者の間でいい比率となっています.

ファイルシステム全体で zlib 圧縮を強制するには:

圧縮レベル
カーネルバージョン 4.15.0 以降 、zlib 圧縮はレベルを 1-9 の間で設定することができます. カーネルバージョン 5.1.0 以降、zstd はレベル 1-15 の間で設定することができます. 例えば、マウント時に zlib を最高圧縮に設定するには:

または最低圧縮に設定するには:

また、再マウントすることで圧縮率を調節するには:

圧縮率は を開いて、または次のコマンドを使用して最新の  の出力を確認することで、見ることができるはずです.

圧縮率とディスク使用量
や など、使用中および空き容量を確認するための一般的なユーザ空間ツールは、Btrfs パーティションに対しては不正確な結果を返す場合があります. これは、例えば ext2/3/4 などと比較して、ファイルの書き込みがどのように行われるかに Btrfs 固有の設計の違いがあるためです.

それゆえ、btrfs のユーザ空間ツール  が提供する du/df 代替を利用することを推奨します. 加えて sys-fs/compsize パッケージに含まれる ツールは、圧縮率と圧縮されたファイルのディスク使用量を考慮した追加情報を提供するので、役に立つでしょう. 次の例は、 の下にマウントされた btrfs パーティションに対して、これらのツールを使用する例です.

複数のデバイス (RAID)
Btrfs は RAID を形成するために、複数のブロックデバイスとともに使用することができます. Btrfs を使用して複数のデバイスにまたがるファイルシステムを作成するのは、 を使用して作成するのと比較して、作成時に初期化にかかる時間が不要なため、とても簡単です.

BTRFS はデータとメタデータを分離して扱います. これはマルチデバイスファイルシステムを使うときに留意すべき重要な要素です. データとメタデータのブロックグループに個別のプロファイルを使用することができます. 例えば、メタデータは複数のデバイスをまたいだ RAID1 として構成する一方で、データは RAID5 として構成する、ということが可能です. RAID5 は最低でも 3 個のブロックデバイスを必要とするため、これは 3 個以上のブロックデバイスを使用するときに可能なプロファイルです.

この種のプロファイルは、すべてのデバイスにメタデータを持たせることによる冗長性と、データをデバイスをまたいでストライピングすることで読み込み速度を向上させるメリットを提供します. このプロファイルのデメリットは、メタデータのための必要以上の容量と、RAID5 がパリティビットを使用することによるデータブロックへの書き込み速度の低下です.

作成
最も簡単な方法は、複数のデバイスにまたがるファイルシステムを作成するために、パーティションで分けられていない複数のブロックデバイス全体を使用する方法です. 例えば、2 個のデバイスをまたいで RAID1 モードのファイルシステムを作成するには:

変換
RAID プロファイル間の変換は balance サブコマンドによって行えます. 例えば、現在 3 個のブロックデバイスが RAID1 で構成されて、 にマウントされているとします. 次のコマンドを使うことで、このプロファイルに含まれるデータを RAID1 から RAID5 に変換することができます:

Conversion can be performed while the filesystem is online and in use. Possible RAID modes in btrfs include RAID0, RAID1, RAID5, RAID6, and RAID10. See the upstream BTRFS wiki for more information.

デバイスパスによる指定
Block devices (disks) can be removed from multi-device filesystems using the btrfs device remove subcommand:

デバイス ID による指定
Use the usage subcommand to determine the device IDs:

Next use the device ID to remove the device, in this case will be removed:

サブボリューム
As mentioned above in the features list, Btrfs can create subvolumes. Subvolumes can be used to better organize and manage data. They become especially powerful when combined with snapshots. Important distinctions must be made between Btrfs subvolumes and subvolumes created by Logical Volume Management (LVM). Btrfs subvolumes are not block level devices, they are POSIX file namespaces. They can be created at any location in the filesystem and will act like any other directory on the system with one caveat: subvolumes can be mounted and unmounted. Subvolumes are nestable (subvolumes can be created inside other subvolumes), and easily created or removed.

作成
To create a subvolume, issue the following command inside a Btrfs filesystem's name space:

Replace  with the desired destination and subvolume name. For example, if a Btrfs filesystem exists at, a subvolume could be created inside it using the following command:

一覧
To see the subvolume(s) that have been created, use the  command followed by a Btrfs filesystem location. If the current directory is somewhere inside a Btrfs filesystem, the following command will display the subvolume(s) that exist on the filesystem:

If a Btrfs filesystem with subvolumes exists at the mount point created in the example command above, the output from the list command will look similar to the following:

削除
Subvolumes can be properly removed by using the  command followed by the path to the subvolume. All available subvolume paths in a Btrfs filesystem can be seen using the list command above.

As above, replace  with the actual path to the subvolume to be removed. To delete the subvolume used in the examples above, the following command would be issued:

スナップショット
Snapshots are subvolumes that share data and metadata with other subvolumes. This is made possible by Btrfs' Copy on Write (CoW) ability. Snapshots can be used for several purposes, one of which is to create backups of file system structures at specific points in time.

ルートのファイルシステムが Btrfs であるときには、  コマンドを用いてスナップショットの作成が可能です:

The following small shell script can be added to a timed cron job to create a timestamped snapshot backup of a Btrfs formatted root filesystem. The timestamps can be adjusted to whatever is preferred by the user.

Mounting
A subvolume can be mounted in a location different from where it was created, or users can choose to not mount them at all. For example, a user could create a Btrfs filesystem in and create  and  subvolumes. The subvolumes could then be mounted at and, with the original top level subvolume left unmounted. This results in a configuration where the subvolumes' relative path from the top level subvolume is different from their actual path.

To mount a subvolume, perform the following command, where  is the relative path of the subvolume from the top level subvolume, obtainable through the   command:

Similarly, one can update the filesystem tab to mount their Btrfs subvolumes like so:

Using with VM disk images
When using Btrfs with virtual machine disk images, it is best to disable copy-on-write on the disk images in order to speed up IO performance. This can only be performed on files that are newly created. It also possible to disable CoW on all files created within a certain directory. For example, using the command:

Clear the free space cache
マウントオプションを指定してファイルシステムをマウントすることで、Btrfs 内の空きのキャッシュ領域を開放することが可能です. 例えば:

Btrfs hogging memory (disk cache)
When utilizing some of Btrfs' special abilities (like making many  copies or creating high amounts of snapshots), a lot of memory can be consumed and not freed fast enough by the kernel's inode cache. This issue can go undiscovered since memory dedicated to the disk cache might not be clearly visible in traditional system monitoring utilities. The utility (available as part of the  package) was specifically created to determine how much memory kernel objects are consuming:

If the inode cache is consuming too much memory, the kernel can be manually instructed to drop the cache by echoing an integer value to the file.

To be safe, and to help the kernel determine the maximum amount of freeable memory, be sure to run a before running the  commands below:

Most of the time Btrfs users will probably want to to reclaim just the slab objects (dentries and btrfs_inodes):

To clear the entire disk cache (slab objects and the page cache) use instead:

More information on kernel slabs can be found in this dedoimedo blog entry.

Mounting Btrfs fails, returning mount: unknown filesystem type 'btrfs'
The original solution by Tim on Stack Exchange inspired the following solution: build the kernel manually instead of using genkernel:

Btrfs root doesn't boot
Genkernel's initramfs as created with the command below doesn't load btrfs:

Compile support for btrfs in the kernel rather than as a module or Dracut to generate the initramfs.

参考

 * Btrfs snapshots - Script that creates snapshots when files have changed
 * Btrfs/System Root Guide - Use the Btrfs filesystem as a collection of subvolumes including one as a system root.
 * Btrfs native system root guide - An alternative guide on using a subvolume in a Btrfs filesystem as the system's root.
 * Btrbk - A backup tool for btrfs subvolumes, taking advantage of btrfs specific capabilities to create atomic snapshots and transfer them incrementally to specified backup locations.
 * Samba shadow copies - Using Samba to expose Shadow Copies as 'Previous Versions' to Windows clients.
 * Samba shadow copies - Using Samba to expose Shadow Copies as 'Previous Versions' to Windows clients.

外部の情報

 * https://wiki.debian.org/Btrfs - Debian wiki 内の記事
 * https://wiki.archlinux.org/index.php/Btrfs - ArchWiki 内の記事
 * http://www.funtoo.org/BTRFS_Fun - Funtoo wiki 内の BTRFS Fun 記事
 * http://marc.merlins.org/perso/btrfs/post_2014-05-04_Fixing-Btrfs-Filesystem-Full-Problems.html - いくつかの状況における、Btrfs ファイルシステムのニッチな問題を修復するためのヒントと小技.