Introducción al sistema de ficheros btrfs

Para hacer este ejercicio puedes usar este fichero Vagranfile.

Tenemos una máquina debian con 5 discos duros de 1Gb. Para empezar realiza los siguientes pasos:

1. Instala btrfs:

    apt install btrfs-progs
   

2. Formatea con btrfs todos los discos:

    mkfs.btrfs /dev/vdb 
    mkfs.btrfs /dev/vdc 
    mkfs.btrfs /dev/vdd 
    mkfs.btrfs /dev/vde 
    mkfs.btrfs /dev/vdf
   

3. Comprueba que el formato ha sido correcto ejecutando btrfs fi show.

4. Una vez que los hemos formateado, podemos empezar a trabajar con ellos. Para empezar, vamos a montar el primer disco en el directorio /mnt:

    mount /dev/vdb /mnt
   

   Una vez hecho esto, podemos usar una de las características de btrfs: añadir volúmenes al sistema de ficheros montado. Para ello, usamos el siguiente comando:

    btrfs device add -f /dev/vdc /mnt
    btrfs device add -f /dev/vdd /mnt
    btrfs device add -f /dev/vde /mnt
    btrfs device add -f /dev/vdf /mnt
   

   Como vemos, hemos añadido dos volúmenes al sistema de fichero que habíamos montado en /mnt. Podemos ver las características de dicho sistema usando el siguiente comando:

    btrfs fi usage /mnt
   

   Nos muestra información sobre el sistema de ficheros, incluyendo el espacio total, el disponible, volúmenes que lo forman, etc. Tras añadir nuevos dispositivos al sistema de ficheros, es conveniente equilibrar el almacenamiento (repartir los ficheros entre los discos que acabamos de introducir), para lo que usaríamos el siguiente comando:

    btrfs balance start /mnt
   

   Comprueba el tamaño del directorio /mnt ejecutando el comando df -h.

Compresión

Por defecto, btrfs no usa ningún método de compresión ya que tenemos que indicarle cual usar (se indica durante el montaje). Así pues probemos con diferentes método de compresión: zlib, lzo, …

Hagamos una prueba con el método de compresión zlib:

1. Desmontamos y volvemos a montar el sistema de ficheros indicando el método de compresión:

    umount /mnt
    mount -o compress=zlib /dev/vdb /mnt
   

2. Ahora creamos un fichero de 3Gb:

    cd /mnt
    dd if=/dev/zero of=/mnt/prueba count=3072 bs=1024000
   
    ls -alh
    -rw-r--r--  1 root root 3.0G Jan 15 19:25 prueba
   

3. Veamos cuanto ocupa dicho fichero según btrfs, ejecutando btrfs fi usage /mnt y nos fijamos en el campo Used (La actualización de este campo no es inmediata, hay que esperar un tiempo para que se actualice):

    ...
    Used:			 102.00MiB
   

   De esta forma, podemos observar que usando zlib, btrfs es capaz de comprimir un fichero de 3GB en 102 Mb.

Copy on Write (COW)

La técnica “copy on write” sirve para que al copiar un fichero, este realmente no se copia, sino que se crean punteros que apuntan al fichero original. Solo cuando se producen cambios sobre ese fichero, se crea realmente la copia.

1. Para probar esto, vamos a crear un fichero y comprobar el tamaño que ocupa en el disco (hemos borrado el fichero prueba del apartado anterior y hemos vuelto a montar el sistema de ficheros sin compresión):

    umount /mnt
    mount /dev/vdb /mnt
    cd /mnt
   	
    dd if=/dev/zero of=/mnt/prueba bs=2048 count=200k
    /mnt# ls -lh 
    total 400M
    -rw-r--r-- 1 root root 400M Jan 15 19:29 prueba
   	
   
    btrfs fi du -s /mnt
     Total   Exclusive  Set shared  Filename
     386.80MiB   386.80MiB       0.00B  /mnt
   

2. Ahora realizaremos una copia, y como tiene activado el CoW, no debería aumentar el tamaño, ya que no hemos realizado ningún cambio:

    cp /mnt/prueba /mnt/prueba2
   

   Ahora comprobemos que el espacio usado no es el doble, ya que realmente no se ha copiado el fichero:

    btrfs fi usage /mnt
    ...
    Used:			 401.35MiB
   	
    btrfs fi du -s /mnt
     Total   Exclusive  Set shared  Filename
     800.00MiB       0.00B   400.00MiB  /mnt
   

Deduplicación

La deduplicación consiste en buscar ficheros que se han escrito dos o más veces en el disco (como al copiar un fichero) y combinarlos en un solo fichero, creado punteros en los diferentes directorios que apunten hacia ese único fichero. De esta forma, se intenta maximizar el espacio de disco disponible, al no tener la misma información escrita más de una vez.

Para poder hacer uso de esta funcionalidad, es necesario instalar un paquete adicional:

apt install duperemove

1. Desmontamos el sistema de ficheros y lo volvemos a montar sin la opción de compresión. Borramos los ficheros del ejercicio anterior, y nos descargamos un fichero:

    umount /mnt 
    mount /dev/vdb /mnt
   	
    wget https://cdimage.debian.org/debian-cd/current/amd64/iso-cd/debian-12.5.0-amd64-netinst.iso
   

2. Realizamos una copia (sin usar la característica de CoW) del fichero y comprobamos que ocupa unos 1,2 Gb.

    cp debian-12.5.0-amd64-netinst.iso debian-12.5.0-amd64-netinst.iso.bak
    btrfs fi du -s /mnt
        Total   Exclusive  Set shared  Filename
   1.23GiB       0.00B   629.00MiB  /mnt
   
   

3. Ahora usaremos el paquete que hemos descargado antes para hacer la deduplicación:

    duperemove -d --lookup-extents=no /mnt
   

   Como vemos ha encontrado dos ficheros iguales y podemos comprobar que aunque tenemos dos ficheros (aproximadamente 780 Mb), en realizada ocupa sólo lo que ocupa uno de los ficheros:

    btrfs fi usage /mnt
    ...
    Used:			 389.41MiB
    ...
   

   Como vemos, ha funcionado, volviendo a ocupar el mismo espacio, ya que ambos ficheros eran idénticos.

Redimensión

Btrfs también puede redimensionarse en caliente. Veamos como:

1. En primer lugar comprobamos es espacio de que dispone el sistema de ficheros:

    btrfs filesystem show /mnt/
   

   Como vemos hay cinco discos anexados de 1GiB cada uno.

2. Reducimos el tamaño del sistema de ficheros:

    btrfs filesystem resize -500M /mnt/
   

   Comprueba con la instrucción del punto 1 que ha funcionado. Además podemos ejecutar un df -h y también lo comprobamos.

3. Aumentamos el tamaño con la instrucción btrfs filesystem resize +500M /mnt/.

Desfragmentación

Debido a singularidad del sistema de ficheros, Btrfs sufre de una fragmentación elevada. Es por ello, que es necesario desfragmentar el disco frecuentemente. Para ello vamos a usar la herramienta que viene incluida con btrfs:

btrfs filesystem defrag -r /mnt

Subvolumen

Btrfs nos permite crear subvolúmenes. Esto es como crear otro sistema de ficheros (puede considerarse también como un directorio con más funcionalidades) dentro del sistema de ficheros. Para poder crear los subvolúmenes debemos ejecutar los siguientes comandos:

btrfs subvolume create /mnt/subvolumenprueba

Podemos ver el subvolumen que hemos creado:

ls -l /mnt
...
drwxr-xr-x  1 root root         0 Jan 15 20:47 subvolumenprueba

Este subvolumen puede montarse en otros lugares del disco, aunque para ello primero debemos obtener su identificador. Para obtener dicho identificador ejecutamos lo siguiente:

btrfs subvolume list /mnt
ID 262 gen 68 top level 5 path subvolumenprueba

Como vemos, tenemos el identificador 262. Ahora para montar el subvolumen en otro lado, usamos lo siguiente:

mount -o subvolid=262 /dev/vdb /mnt2

Con esto ya lo hemos montado en el nuevo directorio. Para borrar un subvolumen, ejecutamos lo siguiente:

btrfs subvolume delete /mnt/subvolumenprueba/

Snapshots

Antes dijimos que los subvolúmenes eran directorios con más funcionalidades. Pues bien, esta es una de ellas: podemos hacer snapshots del subvolumen. Para ello vamos a crear otro subvolumen como hicimos en el apartado anterior. También crearemos un fichero dentro del subvolumen para posteriores pruebas:

btrfs subvolume create /mnt/subvolumenprueba2
Create subvolume '/mnt/subvolumenprueba2'

dd if=/dev/zero of=/mnt/subvolumenprueba2/prueba.txt count=3072 bs=1048576

Ahora crearemos un snapshot de dicho subvolumen:

btrfs subvolume snapshot /mnt/subvolumenprueba2/ /mnt/snapshotprueba
Create a snapshot of '/mnt/subvolumenprueba2/' in '/mnt/snapshotprueba'

Hemos creado un snapshot en el directorio /mnt:

tree /mnt/
/mnt/
├── snapshotprueba
│        └── prueba.txt
└── subvolumenprueba2
    └── prueba.txt

2 directories, 2 files

Este snapshot ya funciona como un subvolumen, por lo que podemos montarlo o desmontarlo a nuestro gusto. También podemos recuperar información concreta del snapshot:

rm -r /mnt/subvolumenprueba2/prueba.txt

cp /mnt/snapshotprueba/prueba.txt /mnt/subvolumenprueba2/prueba.txt

Con esto hemos recuperado el fichero que hemos borrado. También podemos seleccionar un subvolumen o snapshot para que se monte automáticamente al montar el sistema de ficheros. Para ello, al igual que antes, debemos obtener el identificador del subvolumen o snapshot:

btrfs subvolume list /mnt
ID 266 gen 44 top level 5 path subvolumenprueba2
ID 274 gen 41 top level 5 path snapshotprueba

En este caso configuraremos el snapshot para que se monte automáticamente en /mnt al montar el sistema de ficheros:

btrfs subvolume set-default 274 /mnt

Ahora, si desmontamos el sistema de ficheros y lo volvemos a montar, debería haberse montado el snapshot en /mnt:

ls -l /mnt
total 3145728
-rw-r--r-- 1 root root 3221225472 Dec  5 14:47 prueba.txt

RAID

Otra características de btrfs es que es capaz de crear dispositivos RAID sin necesidad de hacer uso de mdadm. Para ello volveremos a hacer uso de balance, pero esta indicando que queremos que lo convierta en raid 1:

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

Si volvemos a ver la información del sistema de ficheros, vemos que nos indica que es un RAID 1, para ello volvemos a ejecutar btrfs fi usage /mnt y ejecutando df -h vemos que mnt ocupa 2,5 Gb.