Portál AbcLinuxu, 30. dubna 2025 19:41
Systém souborů Btrfs - podjednotky a snapshoty
Články
-
Systém souborů Btrfs - podjednotky a snapshoty
V minulém díle jsme se dívali na práci s vícero zařízeními. Další zajímavý aspekt Btrfs ale funguje vlastně obráceně: podjednotky umožňují vytváření více různých systémů souborů na jediném zařízení (nebo poli zařízení). Podjednotky přinášejí řadu zajímavých možností, které jiné systémy souborů nenabízejí. Tento článek se bude věnovat právě podjednotkám a s nimi spojeným mechanismem snapshotů.
Obsah
Základy
link
Typický unixový systém souborů obsahuje jediný adresářový strom s jediným kořenovým adresářem. Ve výchozím stavu je systém souborů Btrfs organizován stejně. Podjednotky tuto představu mění tím, že se vytvářejí dodatečné kořenové adresáře fungující jako nezávislé systémy souborů. Můžeme si to ukázat na jednoduchém příkladě:
# mkfs.btrfs /dev/sdb5
# mount /dev/sdb5 /mnt/1
# cd /mnt/1
# touch a
Zatím máme obyčejný systém souborů btrfs s jediným prázdným souborem (nazvaným a). Pro vytvoření podjednotky a souboru uvnitř podjednotky můžeme napsat:
# btrfs subvolume create subv
# touch subv/b
# tree
.
├── a
└── subv
└── b
1 directory, 2 files
Podjednotka byla vytvořena s názvem subv; prozatím nejde tuto operaci rozlišit od prostého vytvoření adresáře stejného názvu. Jsou tu ale určité rozdíly, které se vynoří, když se člověk snaží. Například:
# ln a subv/
ln: failed to create hard link ‘subv/a’ => ‘a’: Invalid cross-device link
I když tedy subv vypadá jako obyčejný podadresář, systém souborů s ním zachází, jako by byl na jiném fyzickém zařízení; vstup do subv je jako přechod přes běžný unixový bod připojení [mount point], i když se stále nachází na původním systému souborů btrfs. Podjednotku lze také připojit nezávisle:
# btrfs subvolume list /mnt/1
ID 257 gen 8 top level 5 path subv
# mount -o subvolid=257 /dev/sdb5 /mnt/2
# tree /mnt/2
/mnt/2
└── b
0 directories, 1 file
Závěrem tedy je, že s každou podjednotkou se dá zacházet jako se samostatným systémem souborů. Je zcela možné vytvořit celou řadu podjednotek a každou z nich připojit nezávisle, díky čemuž pak máte sadu nezávislých systémů souborů sdílející úložné zařízení. Po vytvoření podjednotek už není potřeba připojovat „kořenové“ zařízení, jestliže vás zajímají jen podjednotky.
Btrfs bude ve výchozím stavu připojovat kořenovou jednotku, pokud mu pomocí připojovací volby subvolid= nepovíte, že tak činit nemá. Je to opravdu ale jen výchozí stav; kdybychom chtěli takto připojovat naší novou podjednotku, stačí spustit:
btrfs subvolume set-default 257 /mnt/1
Od této chvíle při připojení /dev/sdb5 bez volby subvolid= povede k připojení podjednotky subv. Kořenová jednotka má číslo nula, takže připojení subvolid=0 připojí právě kořen.
Kořeny je možné odstranit pomocí:
btrfs subvolume delete cesta
U obyčejných podjednotek (na rozdíl od snapshotů, na které se podíváme za chvilku) musí být cesta před smazáním prázdná.
Snapshoty
link
Snapshoty v Btrfs jsou zvláštním typem podjednotky – zachycují kopii stavu jiné podjednotky. Pokud se vrátíme k našemu jednoduchému systému souborů vytvořenému dříve:
# btrfs subvolume snapshot /mnt/1 /mnt/1/snapshot
# tree /mnt/1
/mnt/1
├── a
├── snapshot
│ ├── a
│ └── subv
└── subv
└── b
3 directories, 3 files
Podpříkaz snapshot vytvoří snapshot dané podjednotky (kořenové jednotky /mnt/1 v tomto případě) a umístí tento snapshot pod požadovaný název (/mnt/1/snapshot) v dané podjednotce. Díky tomu máme novou podjednotku nazvanou snapshot, která zdánlivě obsahuje úplnou kopii všeho, co na systému souborů předtím bylo. Btrfs je ale systém souborů typu copy-on-write (kopíruj při zápisu), takže není nutné všechna tato data kopírovat; snapshot jednoduše vlastní referenci na aktuální kořen systému souborů. Pokud někde dojde ke změnám – buď v hlavní jednotce nebo ve snapshotu – tak bude vytvořena kopie dotčených dat, takže druhá z těchto dvou kopií zůstane nedotčena.
Všimněte si, že obsah existující podjednotky (subv) není součástí snapshotu. Pokud chcete snapshot podjednotky, musíte si jej vytvořit sami.
Snapshoty mají užitečnou roli jako záloha. Pokud má člověk linuxový systém s Btrfs, tak může vytvořit snapshot před instalací aktualizací z distribuce. Pokud aktualizace proběhnou v pořádku, tak je možné snapshot jednoduše smazat. (Mazání se dělá opět pomocí btrfs subvolume delete s tím, že snapshoty před mazáním nemusejí být prázdné.) Pokud se aktualizace ale nevyvedou, tak je možné ze snapshotu udělat výchozí podjednotku a restartovat – vše bude jako předtím.
Na takovýto nástroj se snadno zvyká. Rovněž to na pohled vypadá, že jde o oblast, kde časem vzniknou různé vysokoúrovňové nástroje. A je tomu tak, už se na nich pracuje; podívejte se například na Snapper nebo btrfs-time-machine. Před časem byla zaslána také funkce autosnap, i když se okolo ní v poslední době nic neděje. Většina uživatelů snapshotů jich tedy pravděpodobně užívá pomocí vlastních skriptů.
Kvóty podjednotek
link
Asi netrvá moc dlouho, než se člověk začne zabývat myšlenkou, kolik místa jednotlivé podjednotky využívají. Naivní používání nástroje jako du nepovede k získání užitečné odpovědi; du to pomalé a nebere to ohled na data sdílená mezi podjednotkami (zejména snapshoty). Navíc by bylo v mnoha případech hezké moci rozdělit jednotku na podjednotky, ale zamezit tomu, aby některá z podjednotek zabrala všechno dostupné místo. Toto se dá řešit pomocí mechanismu kvótových skupin pro podjednotky.
Než začneme, tak se sluší na pár věcí upozornit. Zaprvé, kvóty v tomto případě nejsou běžné kvóty pro celý disk; tyto je možné na Btrfs spravovat jako na každém jiném systému souborů. Kvóty podjednotek na Btrfs oproti tomu sledují a řídí využívání místa podjednotkami bez ohledu na vlastníka souborů, které místo zabírají. Zadruhé je tu pak to, že tento mechanismus je relativně nový. Nástroje pro správu jsou docela primitivní, vyskytují se problémy s výkonem a nešťastníci mohou narazit na nějaké ty problémy.
Systémy souborů Btrfs nemají kvóty standardně zapnuté. Pro zapnutí spusťte:
# btrfs quota enable cesta
Pro dodatečné přidání kvót do staršího systému souborů je potřeba více práce; více na této stránce na wiki. Jakmile máme kvóty povolené, tak se můžeme na podívat na aktuální využití pomocí:
# btrfs qgroup show /home-backup
qgroupid rfer excl
-------- ---- ----
0/5 21184458752 49152
0/277 21146079232 2872635392
0/281 20667858944 598929408
0/282 20731035648 499802112
0/284 20733419520 416395264
0/286 20765806592 661327872
0/288 20492754944 807755776
0/290 20672286720 427991040
0/292 20718280704 466567168
0/294 21184458752 49152
qgroupid je identifikátor (ve skutečnosti jde o dvojici identifikátorů – více později) dané kvótové skupiny řídící každou podjednotku, rfer je celkový objem dat, na který se v dané podjednotce odkazuje, a excl je objem dat, který není sdílen s žádnou další podjednotkou. Ve zkratce: rfer ukazuje přibližně to, co by vypsalo du, zatímco excl nám zase říká, kolik místa můžeme získat smazáním podjednotky.
...nebo tak nějak. V tomto případě je podjednotka označovaná jako 0/5 kořenovou jednotkou, kterou nelze smazat. 0/294 je posledním vytvořeným snapshotem; od aktuálního stavu systému souborů se liší jen málo, takže neobsahuje mnoho jedinečných dat. Pokud bychom smazali nějaké soubory z hlavního systému souborů, pak by objem dat v excl u posledního snapshotu narostl (soubory by stále existovaly ve snapshotu), zatímco objem volného místa na celém systému souborů by nevzrostl.
Omezení pro podjednotky můžeme nastavit pomocí příkazu:
# btrfs qgroup limit 30M /mnt/1/subv
Ozkoušet to pak můžeme takto:
# dd if=/dev/zero of=/mnt/1/subv/junk bs=10k
dd: error writing ‘junk’: Disk quota exceeded
2271+0 records in
2270+0 records out
23244800 bytes (23 MB) copied, 0.0334957 s, 694 MB/s
Račte si povšimnout, že omezení jsou jen přibližná; v tomto případě jsme nastavili limit 30 MB, ale narazili jsme na něj už při 23 MB. K tomuto dochází navzdory tomu, že systém zdánlivě zná skutečný stav:
# btrfs qgroup show -r /mnt/1
qgroupid rfer excl max_rfer
-------- ---- ---- --------
0/5 16384 16384 0
0/257 23261184 23261184 31457280
Nás zajímá řádek 0/257; podle aktuálního využití jsme sice pod limitem, i tak jsme ale byli omezeni.
Je tu pak ještě jedna zajímavá komplikace, například:
# rm /mnt/1/subv/junk
rm: cannot remove ‘/mnt/1/subv/junk’: Disk quota exceeded
Ve světě copy-on-write i mazání dat vyžaduje místo na disku, tedy alespoň na chvíli. Uživatel by v této situaci byl v koncích; dokud někdo alespoň po dobu mazání souborů limit nezvedne, pak se toho příliš dělat nedá. Tento konkrétní problém je vývojářům Btrfs znám už od roku 2012, ale vypadá to, že se na opravě nepracuje.
Kvótové skupiny jsou ale mocnější, než jsme doposud mohli vidět; například je možné kvóty seskupovat do hierarchií, kde se omezení aplikují na více úrovních. Představte si, že máme systém souborů Btrfs určený mimo jiné pro domovské adresáře. Každý domovský adresář bychom nastavili jako oddělenou podjednotku:
# cd /mnt/1
# btrfs subvolume create home
# btrfs subvolume create home/user1
# btrfs subvolume create home/user2
# btrfs subvolume create home/user3
Ve výchozím stavu je každá podjednotka ve vlastní kvótové skupině, tudíž je možné využití místa každého z uživatelů snadno omezit. Pokud jsou ale v rámci daného systému souborů i další hierarchie, tak by mohlo být pěkné moci omezit i velikost home jako celku. Nejprve bychom vytvořili novou kvótovou skupinu:
# btrfs qgroup create 1/1 home
Jak už jsme mohli vidět, tak identifikátory kvótových skupin jsou dvojicí čísel; první odpovídá úrovni skupiny v hierarchii. Na úrovni listu (koncového uzlu) je toto číslo nulové; ID na této úrovni mají jako druhé číslo v páru číslo podjednotky. Všechny vyšší úrovně jsou vytvářené administrátorem a druhé číslo u nich může být libovolné.
Hierarchii vytváříme tak, že přiřazujeme skupiny nižších úrovní do nových skupin vyšších úrovní. V našem případě mají podjednotky vytvořené pro domovské adresáře identifikátory 258, 259 a 260 (což bychom zjistili pomocí btrfs subvolume list), takže přiřazení provedeme následovně:
# btrfs qgroup assign 0/258 1/1 .
# btrfs qgroup assign 0/259 1/1 .
# btrfs qgroup assign 0/260 1/1 .
Omezení pak nastavíme takto:
# btrfs qgroup limit 5M 0/258 .
# btrfs qgroup limit 5M 0/259 .
# btrfs qgroup limit 5M 0/260 .
# btrfs qgroup limit 10M 1/1 .
Při tomto nastavení může každý z uživatelů zabrat 5 MB místa ve své vlastní podjednotce. Uživatelé jsou ale celkově omezeni na 10 MB místa, takže pokud user1 a user2 naplno využijí svých kvót, pak bude mít user3 zkrátka smůlu. Po vytvoření právě takového situace vypadá stav kvót na disku následovně:
# btrfs qgroup show -r .
qgroupid rfer excl max_rfer
-------- ---- ---- --------
0/5 16384 16384 0
0/257 16384 16384 0
0/258 5189632 5189632 5242880
0/259 5189632 5189632 5242880
0/260 16384 16384 5242880
1/1 10346496 10346496 10485760
Vidíme, že ve dvou prvních uživatelských podjednotkách byla kvóta vyčerpána; to se týká i nadřazené kvótové skupiny (1/1), kterou jsme vytvořili pro celý home. Autor článku si není vědom způsobu, jak si nechat hierarchii kvótových skupin vypsat.
Jak jste sami mohli vidět, podpora kvót pro podjednotky nese známky dosti čerstvého kódu; ještě chvíli potrvá, než bude tato funkce připravena pro produkční nasazení. Podjednotky a snapshoty obecně jsou už ale k dispozici celé roky a jsou v relativně dobrém stavu. Celkově vzato jsou podjednotky velmi užitečná věc; v budoucnu se možná budeme divit, jak jsme se bez nich mohli obejít.
V tento moment jsme probrali všechny hlavní funkce Btrfs. Příště se zaměříme na několik zbývajících věcí a seriál tím bude zakončen.
Odkazy a zdroje
Další články z této rubriky
Diskuse k tomuto článku
19.2.2014 06:47
petr_p | skóre: 59
| blog:
pb
Bezpečné identikikátory
19.2.2014 09:24
wondra
Re: Systém souborů Btrfs - podjednotky a snapshoty
19.2.2014 11:13
Aleš Kapica | skóre: 52
| blog:
kenyho_stesky
| Ostrava
Re: Systém souborů Btrfs - podjednotky a snapshoty
19.2.2014 16:32
DIK
Re: Systém souborů Btrfs - podjednotky a snapshoty
19.2.2014 21:09
sewi | skóre: 21
| blog:
Bunker Hill
| Prostějov
Re: Systém souborů Btrfs - podjednotky a snapshoty
27.3.2018 13:46
Muctlandly
Re: Systém souborů Btrfs - podjednotky a snapshoty
ISSN 1214-1267, (c) 1999-2007 Stickfish s.r.o.
19.2.2014 11:14
Heron | skóre: 53
| blog: root_at_heron
| Olomouc
Jinak pokud chcete read-only snapshot, stačí ho vytvářet s parametrem