TranslateProject/published/202310/20221202 Working with Btrfs - Subvolumes.md

[#]: subject: "Working with Btrfs – Subvolumes"
[#]: via: "https://fedoramagazine.org/working-with-btrfs-subvolumes/"
[#]: author: "Andreas Hartmann https://fedoramagazine.org/author/hartan/"
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[#]: reviewer: "wxy"
[#]: publisher: "wxy"
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Btrfs 详解：子卷
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![][0]

这篇文章是《Btrfs 详解》系列文章中的一篇。从 Fedora Linux 33 开始，Btrfs 就是 Fedora Workstation 和 Fedora Silverblue 的默认文件系统。

以防你忘记，这是系列文章中的前一篇：[Btrfs 详解：基础概念][1]。

### 简介

<ruby>子卷<rt>Subvolume</rt></ruby> 允许将一个 Btrfs 文件系统划分成多个独立的子文件系统。这意味着你可以从 Btrfs 文件系统挂载子卷，就好像它们是独立的文件系统。除此之外，例如，你还可以通过 <ruby>限额组<rt>qgroup</rt></ruby>（我们将在本系列的另一篇文章里介绍）定义子卷能够占据的最大空间，或者用子卷去包含或排除快照中的文件（我们会后面的文章中会讲到）。自 Fedora Linux 33 后每个 Fedora Workstation 和 Fedora Silverblue 默认安装过程中会利用子卷。在这篇文章中我们会介绍它是如何工作的。

下面你会找到很多关于子卷的例子。如果你想跟着操作，你必须拥有访问某些 Btrfs 文件系统的权限和 root 权限。你可以通过下面命令来验证你的 `/home/` 目录是否是 Btrfs 。

```
$ findmnt -no FSTYPE /home
btrfs
```

这个命令会输出你 `/home/` 目录的文件系统名。如果它是 btrfs，那就可以了。让我们创建一个新的目录去做实验：

```
$ mkdir ~/btrfs-subvolume-test
$ cd ~/btrfs-subvolume-test
```

在下面的文本中，你会看到很多像上面显示的那样的命令输出框。请在阅读/比较命令输出时请记住，**框中的内容在行末会被换行**。这使得识别跨多行的长行变得困难，降低了可读性。如果有疑问，试着调整浏览器窗口的大小，看看文本的变化!

### 创建和使用子卷

我们可以通过以下命令创建一个 Btrfs 子卷：

```
$ sudo btrfs subvolume create first
Create subvolume './first'
```

当我们检查当前目录，我们可以看到现在有一个名为 `first` 的新目录。注意到下面输出的第一个字符 `d`：

```
$ ls -l
total 0
drwxr-xr-x. 1 root root 0 Oct 15 18:09 first
```

我们可以像常规目录一样操作它：我们可以重命名它，移动它，在里面创建新文件和目录，等等。注意到目录属于 root，所以我们必须以 root 身份去做这些事情。

如果它表现和看起来就像个目录，那我们如何知道这是不是一个 Btrfs 子卷呢？我们可以使用 `btrfs` 工具去列出所有子卷：

```
$ sudo btrfs subvolume list .
ID 256 gen 30 top level 5 path home
ID 257 gen 30 top level 5 path root
ID 258 gen 25 top level 257 path root/var/lib/machines
ID 259 gen 29 top level 256 path hartan/btrfs-subvolume-test/first
```

如果你安装的是最新的 Fedora Linux，且未修改过，你很可能会看到和上面一样的输出。我们会在之后检查 `home` 和 `root` ，还有全部数字的含义。现在，我们看到在我们指定的路径下有一个子卷。我们可以将输出限制在我们当前位置下面的子卷：

```
$ sudo btrfs subvolume list -o .
ID 259 gen 29 top level 256 path home/hartan/btrfs-subvolume-test/first
```

让我们重命名子卷：

```
$ sudo mv first second
$ sudo btrfs subvolume list -o .
ID 259 gen 29 top level 256 path home/hartan/btrfs-subvolume-test/second
```

我们还可以嵌套子卷：

```
$ sudo btrfs subvolume create second/third
Create subvolume 'second/third'
$ sudo btrfs subvolume list .
ID 256 gen 34 top level 5 path home
ID 257 gen 37 top level 5 path root
ID 258 gen 25 top level 257 path root/var/lib/machines
ID 259 gen 37 top level 256 path hartan/btrfs-subvolume-test/second
ID 260 gen 37 top level 259 path hartan/btrfs-subvolume-test/second/third
```

我们也可以移除子卷，就像移除目录一样：

```
$ sudo rm -r second/third
```

或者通过特殊的 Btrfs 命令：

```
$ sudo btrfs subvolume delete second
Delete subvolume (no-commit): '/home/hartan/btrfs-subvolume-test/second'
```

### 像单独的文件系统一样操作子卷

前面的简介里说 Btrfs 子卷就好像单独的文件系统。这意味着我们可以挂载子卷并且传递一些挂载选项给它。我们先创建一个小的目录结构去更好的理解发生了什么：

```
$ mkdir -p a a/1 a/1/b
$ sudo btrfs subvolume create a/2
Create subvolume 'a/2'
$ sudo touch a/1/c a/1/b/d a/2/e
```

这就是目录结构的样子：

```
$ tree
.
└── a
    ├── 1
    │   ├── b
    │   │   └── d
    │   └── c
    └── 2
        └── e

4 directories, 3 files
```

验证现在这里有一个新的 Btrfs 子卷：

```
$ sudo btrfs subvolume list -o .
ID 261 gen 41 top level 256 path home/hartan/btrfs-subvolume-test/a/2
```

为了挂载子卷，我们必须知道 Btrfs 子卷所在的块设备路径。下面的命令会告诉我们：

```
$ findmnt -vno SOURCE /home/
/dev/vda3
```

现在我们挂载子卷。确保你将参数替换成你 PC 上的：

```
$ sudo mount -o subvol=home/hartan/btrfs-subvolume-test/a/2 /dev/vda3 a/1/b
```

观察到我们使用 `-o` 参数去提供额外的选项去挂载程序。在这里我们告诉它挂载在设备 `/dev/vda3` 上 btrfs 文件系统里名为 `home/hartan/btrfs-subvolume-test/a/2` 的子卷。这是 Btrfs 特有的选项，在其他文件系统里没有的。

我们可以看到目录结构变化了：

```
$ tree
.
└── a
    ├── 1
    │   ├── b
    │   │   └── e
    │   └── c
    └── 2
        └── e

4 directories, 3 files
```

现在文件 `e` 出现了两次， `d` 不见了。我们现在可以用两个不同的路径访问相同的 Btrfs 子卷。在一个路径的所有变化会被立刻反应在其他的位置：

```
$ sudo touch a/1/b/x
$ ls -lA a/2
total 0
-rw-r--r--. 1 root root 0 Oct 15 18:14 e
-rw-r--r--. 1 root root 0 Oct 15 18:16 x
```

让我们尝试更多的挂载选项。例如我们可以像这样以只读方式挂载子卷到 `a/1/b`（插入你 PC 的参数）：

```
$ sudo umount a/1/b
$ sudo mount -o subvol=home/hartan/btrfs-subvolume-test/a/2,ro /dev/vda3 a/1/b
```

我们和上面使用相同的命令，除了我们加上了 `ro` 在末尾。现在我们不能在这个挂载点上创建文件：

```
$ sudo touch a/1/b/y
touch: cannot touch 'a/1/b/y': Read-only file system
```

但直接访问子卷仍然像之前一样：

```
$ sudo touch a/2/y
$ tree
.
└── a
    ├── 1
    │   ├── b
    │   │   ├── e
    │   │   ├── x
    │   │   └── y
    │   └── c
    └── 2
        ├── e
        ├── x
        └── y

4 directories, 7 files
```

在下一步之前不要忘记进行清理：

```
$ sudo rm -rf a
rm: cannot remove 'a/1/b/e': Read-only file system
rm: cannot remove 'a/1/b/x': Read-only file system
rm: cannot remove 'a/1/b/y': Read-only file system
```

天啊，发生了什么？噢，因为我们在上面挂载只读子卷，所以不能删除它。从文件系统的角度来看，删除是一种写入操作：为了删除 `a/2/b/e`，我们从父目录 `a/1/b` 的内容中删除目录项 `e`。换句话来说，我们必须 _写入_ `a/1/b` 去表明 `e` 不复存在。所以我们先卸载子卷，然后移除目录：

```
$ sudo umount a/1/b
$ sudo rm -rf a
$ tree
.

0 directories, 0 files
```

### 子卷 ID

还记得 `btrfs subvolume list` 命令的第一次输出吗？那包含了很多数字，让我们看看这些究竟什么。我在这里复制了输出，以便再次查看:

```
ID 256 gen 30 top level 5 path home
ID 257 gen 30 top level 5 path root
ID 258 gen 25 top level 257 path root/var/lib/machines
ID 259 gen 29 top level 256 path hartan/btrfs-subvolume-test/first
```

我们看到有三列数字，每个前面有一些字母来描述它们的作用。第一列是子卷 ID 。子卷 ID 在 Btrfs 文件系统是唯一的，而且唯一地标识子卷。这意味着名为 `home` 的子卷也可以用它的 ID **256** 来引用。之前的挂载命令是这样写的：

```
$ sudo mount -o subvol=hartan/...
```

另外一个完全合法的选择是使用子卷 ID ：

```
$ sudo mount -o subvolid=...
```

子卷 ID 从 **256** 开始，每创建一个子卷依次递增 1 。但是在这里有一个例外：文件系统的根的子卷名称总是为 `/`，并且子卷 ID 是 5 。没错，即使文件系统的根技术上也是一个子卷。这是不言而喻的，因此不会出现在 `btrfs subvolume` 的输出列表里。如果你没有用 `subvol` 和 `subvolid` 参数去挂载一个 Btrfs 文件系统，`subvolid=5` 的顶级子卷就是默认的挂载对象。下面我们会看到一个想要显式挂载文件系统根的例子。

第二列的数字是生成号，并且在每次 Btrfs 事务中递增。这几乎是一个内部的计数器，我们不会在这里讨论。

最后，第三列数字是 _父_ 子卷的子卷 ID。在上面的输出我们可以看到子卷 `home` 和 `root` 的父子卷 ID 都是 5。记住 ID 5 的特殊含义：这是文件系统的根。所以我们知道 `home` 和 `root` 都是顶级子卷的子卷。另一方面 `hartan/btrfs-subvolume-test.first` 是子卷 ID 256（也就是 `home`）的子卷。

在下一节我们会看看子卷 `root` 和 `home` 是怎么来的。

### 检查 Fedora Linux 的默认子卷

当你从头创建一个新的 Btrfs 文件系统，里面是没有子卷的（当然，除了顶级子卷）。所以 Fedora Linux 里的 `home` 和 `root` 子卷是哪里来的？

它们是安装程序在安装时创建的。传统的安装经常会为 `/` 和 `/home` 目录包含单独的文件系统分区。在启动时，它们通过恰当的挂载组成一个完整的文件系统。但这个方法有一个问题：除非你使用像 lvm 这样的技术，想在将来改变分区的大小是非常难的。因而你可能出现 `/` 或 `/home` 用完空间的情况，然而还有很多其他没被使用的分区和空间剩余。

因为 Btrfs 子卷全都是相同文件系统的一部分，它们共享底层文件系统提供的空间。还记得我们在上面创建的子卷吗？我们从未告诉 Btrfs 它们多大：一个子卷可以占据文件系统拥有的全部空间，默认是不会阻止这种行为的。但是，我们 _可以_ 通过 Btrfs 的 <ruby>限额组<rt>qgroup</rt></ruby> 动态地约束其大小，同时也可以在运行时修改（我们将在后续的文章中了解如何做的）。

另外一个分离 `/` 和 `/home` 的优势是我们可以分别进行 _快照_ 。子卷是快照的边界，对一个子卷的快照永远不会包含该子卷下面的其他子卷的内容。快照的更多细节会在后续的文章中介绍。

理论已经足够了！我们来看看这是怎么回事。首先确保你的根文件系统类型是 Btrfs ：

```
$ findmnt -no FSTYPE /
btrfs
```

然后我们获取它所在的分区：

```
$ findmnt -vno SOURCE /
/dev/vda3
```

记住我们可以通过特殊的子卷 ID 5 挂载文件系统的根（适应文件系统分区！）：

```
$ mkdir fedora-rootsubvol
$ sudo mount -o subvolid=5 /dev/vda3 ./fedora-rootsubvol
$ ls fedora-rootsubvol/
home  root
```

而且还有 Fedora Linux 安装的子卷！但 Fedora Linux 是如何知道子卷 `root` 属于 `/` ，而 `home` 属于 `/home` 的呢？

文件 `/etc/fstab` 包含了所谓的文件系统的静态信息。简而言之，在你系统启动的时候会一行一行地读取这个文件，然后挂载那里列出的所有文件系统。在我的系统上，这个文件长这样：

```
$ cat /etc/fstab
# [ ... ]
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Sat Oct 15 12:01:57 2022
# [ ... ]
#
UUID=5e4e42bb-4f2f-4f0e-895f-d1a46ea47807 /                       btrfs   subvol=root,compress=zstd:1 0 0
UUID=e3a798a8-b8f2-40ca-9da7-5e292a6412aa /boot                   ext4    defaults        1 2
UUID=5e4e42bb-4f2f-4f0e-895f-d1a46ea47807 /home                   btrfs   subvol=home,compress=zstd:1 0 0
```

（注意上面的 “UUID” 开头行的内容被换行成两行）

每行开头的 `UUID` 用于标识你系统上的硬盘和文件系统分区（大概相当于我在上面使用的 `/dev/vda3` ）。第二列是文件系统应该挂载在文件系统树上的路径。第三列是文件系统类型。我们可以看到 `/` 和 `/home` 都是 `btrfs` 类型，正如我们期望的那样！最后，第四列是：这些是挂载选项，这里说通过 `subvol=root` 选项去挂载 `/` 。这正是我们一直在 `btrfs subvolume list /` 里看到的输出！

有了这些信息，我们可以重新构建创建这个文件系统项的 `mount` 命令

```
$ sudo mount -o subvol=root,compress=zstd:1 UUID=5e4e42bb-4f2f-4f0e-895f-d1a46ea47807 /
```

（再次，上面的 “UUID” 开头行的内容被换行成两行）

这就是 Fedora Linux 如何使用 Btrfs 子卷！如果你对好奇 Fedora Linux 为什么选择 Btrfs 作为默认的文件系统，请参阅下面链接的更改提议 [^1]。

### Btrfs 子卷的更多内容

Btrfs 维基提供了关于子卷的更多信息，其中最重要的是可应用于 Btrfs 子卷的挂载选项。有些选项，比如 `compress` 只能应用到文件系统的层面，因而会影响一个 Btrfs 文件系统的所有子卷。你可以通过下面的链接找到entry [^2]。

如果你对哪些目录是普通目录和哪些是子卷有困惑，你可以对你的子卷采用特殊的命名约定。例如，你可以给子卷名加上 `@` 前缀去方便区分。

现在你知道子卷表现得就像文件系统，有人可能会问如何才能最好地将子卷放置在特定位置。比如你想要一个 Btrfs 子卷在 `~/games` 下面，然而你的主目录（`~`）本身就是一个子卷，你该如何实现呢？鉴于上面的例子，你可以使用像 `sudo btrfs subvolume create ~/games` 的命令。这样，你创建了所谓的 _嵌套_ 子卷：在你的子卷 `~` 里，有一个子卷 `games` 。这正是一种达成目的的方法。

其他有效的方法就是如同 Fedora 默认行为那样：在根子卷下创建所有子卷（也就是它们的父子卷 ID 是 5 ），然后挂载它们到特定的位置。Btrfs 维基有这些方法的概述和对于各自文件系统管理影响的简短讨论 [^5]。

### 总结

在本文中，我们探索了 Btrfs 子卷，它们像是 Btrfs 文件系统内部的独立的 Btrfs 文件系统。我们学习了如何创建、挂载和删除子卷。最后，我们探讨了 Fedora Linux 如何在我们完全没有注意到的情况下使用子卷。

本系列的下一篇文章将讨论：

- 快照 - 回到过去
- 压缩 - 透明地节省存储空间
- 配额组 - 限制文件系统大小
- RAID - 替代 mdadm 配置

如果你还想了解与 Btrfs 相关的其他主题，请查看 Btrfs 维基 [^3] 和文档 [^4]。不要忘记查看本系列的第一篇文章（如果你还没有看过的话）！如果你认为本系列文章缺少了一些内容，请在下面的评论中告诉我们。再会！

### 参考资料

[^1]: <https://fedoraproject.org/wiki/Changes/BtrfsByDefault#Benefit_to_Fedora>
[^2]: <https://btrfs.readthedocs.io/en/latest/Subvolumes.html>
[^3]: <https://btrfs.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page>
[^4]: <https://btrfs.readthedocs.io/en/latest/Introduction.html>
[^5]: <https://btrfs.wiki.kernel.org/index.php/SysadminGuide#Layout>

*（题图：MJ/f047ea87-2490-40e5-9f91-d48d236675e5）*

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via: https://fedoramagazine.org/working-with-btrfs-subvolumes/

作者：[Andreas Hartmann][a]
选题：[lujun9972][b]
译者：[A2ureStone](https://github.com/A2ureStone)
校对：[wxy](https://github.com/wxy)

本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出

[a]: https://fedoramagazine.org/author/hartan/
[b]: https://github.com/lujun9972
[1]: https://linux.cn/article-16189-1.html
[2]: https://unsplash.com/@helibertoarias?utm_source=unsplash&utm_medium=referral&utm_content=creditCopyText
[3]: https://unsplash.com/s/photos/hdd?utm_source=unsplash&utm_medium=referral&utm_content=creditCopyText
[4]: tmp.YC93jxHuAw#sources
[0]: https://img.linux.net.cn/data/attachment/album/202310/03/111308vdhzh3ddwwjdmyw0.jpg