如何将你的文件系统转换为 Btrfs

2022-05-11

8分钟阅读时长

引言

这篇概述文章将告诉你为何以及如何迁移你的当前分区到 Btrfs 文件系统。如果你对此感兴趣，请阅读这篇分步指南来完成。

从 Fedora 33 开始，新安装的 Fedora 操作系统默认文件系统为 Btrfs。我确信大部分用户现在已经听说了它的优势：写时复制、内置校验、灵活的压缩方式、简易的快照和回滚方式。它确实是一个现代化的文件系统，为桌面存储带来新的功能。

在升级到 Fedora 33 后，我想利用 Btrfs 的优势，但对我个人来说，我不想因为“只是为了改变文件系统”而去重装整个系统。我发现（只有）寥寥无几的具体如何做转换的教程，所以我决定在这里分享我的详细经验。

小心！

这样做你是在玩火。希望你阅读以下内容时不要感到惊讶：

在编辑分区和转换文件系统时，你的数据可能会被破坏和丢失。最终，你可能会得到一个不能启动的操作系统，并面临数据恢复的风险。你可能会无意删除你的分区，或者以其它方式破坏了你的操作系统。

这些转换过程即使对于生产系统来说也是安全的 —— 前提是你提前做好了计划，对关键数据做好了备份和回滚计划。作为一个 可以执行超级权限的系统管理员，你可以在没有限制、没有任何常规安全防护措施的情况下，做任何事情。

安全的方式：重装 Fedora

重装操作系统是转换文件系统到 Btrfs 的 “官方” 方式，推荐给大多数用户使用。因此，如果在这个教程中有那么一点不确定，就选择这种方式。步骤大致如下：

备份你的主文件夹和你系统中可能会用到的任何数据，比如 /etc。（编者按：虚拟机也是这样）
将已安装的安装包以列表形式保存到到文件中。
重新安装 Fedora，删除你当前的分区，并选择新的 Btrfs 默认分区方案。
恢复主文件夹的内容，并使用软件包列表文件重装软件包。

对于详细的步骤和命令，请看一位社区用户在 ask.fedoraproject.org 站点的评论。如果正确完成，你将得到一个和之前一样的操作系统，使丢失数据的风险最小化。

转换的利弊

让我们快速澄清一下：这种文件系统转换有什么优势和劣势？

优势：

当然，不需要重新安装！你的系统里的所有文件和之前一模一样。
技术上来说，没有备份的情况下，就地进行是可能的。
你会学到许多关于 Btrfs 的知识！
如果所有都按计划进行，会是相当快的一个过程。

劣势：

你必须熟悉终端环境和 shell 命令。
你可能会丢失数据，参见上文。
如果出了什么问题，你得自己解决。

特别之处：

你需要大约 20% 的可用磁盘空间才能成功转换。但对于完整的备份和重装方式，你可能需要的空间更多。
你可以在转换过程中自定义你分区的所有参数，但如果选择重装，你也可以从 Anaconda 自定义。

LVM 怎么办？

在近期几次 Fedora 安装中，LVM 布局一直是默认的。如果你有一个带有多个分区（例如 / 和 /home）的 LVM 分区布局，你得以某种方式合并它们，来获得 Btrfs 所有性能。

如果选择这样做，你可以单独转换分区到 Btrfs 文件系统，同时保留卷组。然而，迁移到 Btrfs 文件系统的优势之一是摆脱 LVM 分区布局强加的限制。你也可以利用 Btrfs 文件系统提供的收发功能在转换后来合并分区。

另见《Fedora 杂志》：利用 LVM 回收硬盘空间、从 Btrfs 快照中恢复文件以及在 Btrfs 和 LVM-ext4 两者之间做选择。

了解 Btrfs

建议阅读以下内容对 Btrfs 文件系统是什么有一个基础的了解。如果你没有把握，只有选择重装 Fedora 这种安全的方式。

必须了解的：

有用的资源：

man 8 btrfs – 命令行界面
man 5 btrfs – 挂载参数
man btrfs-convert – 要用到的转换工具
man btrfs-subvolume – 管理子卷

转换步骤

创建一个实时镜像

由于不能转换已挂载的文件系统，我们将通过 Fedora 实时镜像 Live Image 进行。安装 Fedora 镜像写入工具，然后 “烧录” Fedora 33 到你的 U 盘中来创建实时镜像。

释放磁盘空间

btrfs-convert 会在分区的剩余空间重新创建文件系统的元数据，同时保持所有已有的 ext4 文件系统数据还在它当前的位置上。

不幸的是，所需的剩余空间的大小无法提前知道：如果没有足够的空间，转换将会失败（但不会破坏数据）。这里有一些释放空间有用的方法：

利用 baobab 来识别大容量的文件和文件夹，然后移除。如果可能的话，不要手动删除主文件夹以外的文件。
清理旧的系统日志：journalctl –vacuum-size=100M。
如果你正使用 Docker，请小心地使用类似 docker volume prune、docker image prune -a 这样的工具。
清理 GNOME Boxes 之类的虚拟机内不用的镜像。
清理不用的软件包和 Flatpak 包：dnf autoremove、flatpak remove –unused。
清理软件包缓存：pkcon refresh force -c -1、dnf clean all。
如果你有把握，你可以谨慎的清理 ~/.cache 文件夹。

转换到 Btrfs

备份你所有有价值的数据，确保你的系统已完全更新，然后重启到实时镜像。运行 gnome-disks 工具找到你所拥有的设备的路径，比如 /dev/sda1（如果你在使用 LVM，它可能看起来有所不同）。检查文件系统然后执行转换：（编者按：以下命令使用 root 用户运行，谨慎使用！）

$ sudo su -
# fsck.ext4 -fyv /dev/sdXX （请替换为你的具体的设备路径）
# man btrfs-convert （阅读它）
# btrfs-convert /dev/sdXX （请替换为你的具体的设备路径）

这将会花十几分钟甚至几个小时，依据分区的大小和是机械硬盘还是固态硬盘。如果你看到错误，你可能需要更多剩余空间。作为最后的手段，你可以尝试 btrfs-convert -n。

怎样回滚？

如果因为某些原因转换失败，你的分区将保持在 ext4 文件系统或者它之前的状态。如果你想在成功转换之后回滚，简单如下：

# btrfs-convert -r /dev/sdXX

警告！ 如果你做了以下这些事情之一，你将永久失去回滚的功能：碎片整理、均衡或者删除 ext2_saved 子卷。

由于 Btrfs 文件系统的写时复制特性，你可以安全的复制/移动甚至删除文件、创建子卷，因为 ext2_saved 会保持引用旧数据。

挂载和检查

现在这个分区应该已经有了 Btrfs 文件系统。挂载它然后查看你的文件……和子卷！

# mount /dev/sdXX /mnt （请替换为你的具体的设备路径）
# man btrfs-subvolume （阅读它）
# btrfs subvolume list / （使用 -t 以表格方式查看）

因为你已经阅读了相关的手册页，你应该知道创建子卷快照是安全的，并且有 ext2-saved 子卷作为你之前数据的简易备份。

是时候阅读 Btrfs 系统管理指南了，这样你就不会把常规文件夹和子卷混淆了。

创建子卷

我们希望实现一个“扁平”子卷布局，这和 Anaconda 默认创建的布局相同：

toplevel （卷根目录，不能被默认挂载）
  +-- root （子卷根目录，被挂载到 /）
  +-- home （子卷根目录，被挂载到 /home）

你可以跳过这个步骤，或者使用一个不同的布局。这种特殊结构的优势是你可以轻松的创建 /home 的快照，并且对每个子卷使用不同的压缩和挂载参数。

# cd /mnt
# btrfs subvolume snapshot ./ ./root2
# btrfs subvolume create home2
# cp -a home/* home2/

这里我们已经创建了两个子卷。root2 是一个完整的分区快照，而 home2 开始是一个空子卷，然后我们往里复制内容。（这个 cp 命令不会重复数据，所以会很快。）

在 /mnt 目录（顶层子卷），删除除了 root2、home2 和 ext2_saved 之外的所有内容。
重命名 root2 和 home2 子卷为 root 和 home。
在 root 子卷里，清空 home 目录，以便之后我们能够挂载 home 子卷。

如果都做对了，那就很简单了！

修改 fstab 分区表

为了重启之后挂载新卷，必须要修改 fstab，用新的行来代替旧的 ext4 文件系统挂载行。

你可以使用 blkid 命令来找到你的分区的 UUID。

UUID=xx / btrfs subvol=root 0 0 （请替换为你的具体 UUID）
UUID=xx /home btrfs subvol=home 0 0 （请替换为你的具体 UUID）

（注意如果指向的是同一个分区，那么这两个 UUID 是相同的。）

这些都是新安装的 Fedora 33 的默认值。在 fstab 中，你也可以选择自定义压缩和添加类似 noatime 这样的参数。

可以查看关于压缩参数的维基页面和 man 5 btrfs 了解所有相关的参数。

chroot 到系统

如果你曾经做过系统恢复，我想你肯定知道这些命令。这里，我们将得到一个 基本上 在你系统里的 shell 提示符，可以访问网络。

首先，我们必须重新挂载 root 子卷到 /mnt 目录，然后挂载 /boot 和 /boot/efi 分区（它们可能有所不同，这取决于你的文件系统布局）：

# umount /mnt
# mount -o subvol=root /dev/sdXX /mnt （请替换为你的具体的设备路径）
# mount /dev/sdXX /mnt/boot （请替换为你的具体的设备路径）
# mount /dev/sdXX /mnt/boot/efi （请替换为你的具体的设备路径）

然后我们继续挂载系统设备：

# mount -t proc /proc /mnt/proc
# mount --rbind /dev /mnt/dev
# mount --make-rslave /mnt/dev
# mount --rbind /sys /mnt/sys
# mount --make-rslave /mnt/sys
# cp /mnt/etc/resolv.conf /mnt/etc/resolv.conf.chroot
# cp -L /etc/resolv.conf /mnt/etc
# chroot /mnt /bin/bash
$ ping www.fedoraproject.org

重装 GRUB 及内核

最容易的方法就是重装 GRUB 和内核，因为它完成了所有必要的配置 —— 现在我们可以访问网络了。所以，在 chroot 环境内部：

# mount /boot/efi
# dnf reinstall grub2-efi shim
# grub2-mkconfig -o /boot/efi/EFI/fedora/grub.cfg
# dnf reinstall kernel-core
...或者干脆重新生成 initramfs：
# dracut --kver $(uname -r) --force

如果你是支持 UEFI 的系统，这里是适用的。如果你是 BIOS 的系统，请查看下面的文档。重启之前，让我们查看是否一切正常：

# cat /boot/grub2/grubenv
# cat /boot/efi/EFI/fedora/grub.cfg
# lsinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img | grep btrfs

你应该在 grubenv 和 grub.cfg 有正确的分区 UUID 或指向（grubenv 可能没有更新，如有必要可以编辑它），并在 grub.cfg 中看到 insmod btrfs 配置和在 initramfs 镜像中有 btrfs 模块。

参见: Fedora 系统管理指南中的重装 GRUB 2 和验证初始 RAM 磁盘镜像。

重启

现在系统能够正常启动。如果不能，别慌，回到实时镜像修复这个问题。最坏的情况下，你可以从那里重装 Fedora 。

首次启动之后

检查你的新 Btrfs 文件系统一切都正常。如果你觉得没问题，你需要回收旧的 ext4 快照使用的空间，进行碎片整理和平衡子卷。后两者可能要花一些时间，并且相当耗费资源。

对此你必须这样挂载顶级子卷：

# mount /dev/sdXX -o subvol=/ /mnt/someFolder
# btrfs subvolume delete /mnt/someFolder/ext2_saved

然后，当机器有空闲时间时，运行这些命令：

# btrfs filesystem defrag -v -r -f /
# btrfs filesystem defrag -v -r -f /home
# btrfs balance start -m /

最后，有一个 “非写时复制” 属性，对于新系统，这个属性是为虚拟机镜像文件夹自动设置的。如果你使用虚拟机的话，可以设置它：

# chattr +C /var/lib/libvirt/images

$ chattr +C ~/.local/share/gnome-boxes/images

这个属性只会对在这些文件夹里的新文件生效。复制镜像并删除原镜像，你可以通过 lsattr 确认结果。

总结

我真心希望你发现这个教程是有用的，并且能够对是否在你的系统上转换为 Btrfs 做出谨慎而明智的决定。祝你成功转换！

欢迎在评论中分享你的经验，或者遇到更深层次的问题，请在 ask.fedoraproject.org 提问。

via: https://fedoramagazine.org/convert-your-filesystem-to-btrfs/

作者：Gergely Gombos 选题：lujun9972 译者：hwlife 校对：wxy

本文由 LCTT 原创编译，Linux中国荣誉推出