引言

這篇概述文章將告訴你為何以及如何遷移你的當(dāng)前分區(qū)到 Btrfs 文件系統(tǒng)。如果你對此感興趣，請閱讀這篇分步指南來完成。

從 Fedora 33 開始，新安裝的 Fedora 操作系統(tǒng)默認(rèn)文件系統(tǒng)為 Btrfs。我確信大部分用戶現(xiàn)在已經(jīng)聽說了它的優(yōu)勢：寫時(shí)復(fù)制、內(nèi)置校驗(yàn)、靈活的壓縮方式、簡易的快照和回滾方式。它確實(shí)是一個(gè)現(xiàn)代化的文件系統(tǒng)，為桌面存儲帶來新的功能。

在升級到 Fedora 33 后，我想利用 Btrfs 的優(yōu)勢，但對我個(gè)人來說，我不想因?yàn)椤爸皇菫榱烁淖兾募到y(tǒng)”而去重裝整個(gè)系統(tǒng)。我發(fā)現(xiàn)（只有）寥寥無幾的具體如何做轉(zhuǎn)換的教程，所以我決定在這里分享我的詳細(xì)經(jīng)驗(yàn)。

小心！

這樣做你是在玩火。希望你閱讀以下內(nèi)容時(shí)不要感到驚訝：

在編輯分區(qū)和轉(zhuǎn)換文件系統(tǒng)時(shí)，你的數(shù)據(jù)可能會被破壞和丟失。最終，你可能會得到一個(gè)不能啟動的操作系統(tǒng)，并面臨數(shù)據(jù)恢復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)。你可能會無意刪除你的分區(qū)，或者以其它方式破壞了你的操作系統(tǒng)。

這些轉(zhuǎn)換過程即使對于生產(chǎn)系統(tǒng)來說也是安全的 —— 前提是你提前做好了計(jì)劃，對關(guān)鍵數(shù)據(jù)做好了備份和回滾計(jì)劃。作為一個(gè) 可以執(zhí)行超級權(quán)限的系統(tǒng)管理員，你可以在沒有限制、沒有任何常規(guī)安全防護(hù)措施的情況下，做任何事情。

安全的方式：重裝 Fedora

重裝操作系統(tǒng)是轉(zhuǎn)換文件系統(tǒng)到 Btrfs 的 “官方” 方式，推薦給大多數(shù)用戶使用。因此，如果在這個(gè)教程中有那么一點(diǎn)不確定，就選擇這種方式。步驟大致如下：

1. 備份你的主文件夾和你系統(tǒng)中可能會用到的任何數(shù)據(jù)，比如 ??/etc??。（編者按：虛擬機(jī)也是這樣）
2. 將已安裝的安裝包以列表形式保存到到文件中。
3. 重新安裝 Fedora，刪除你當(dāng)前的分區(qū)，并選擇新的 Btrfs 默認(rèn)分區(qū)方案。
4. 恢復(fù)主文件夾的內(nèi)容，并使用軟件包列表文件重裝軟件包。

對于詳細(xì)的步驟和命令，請看一位社區(qū)用戶在 ask.fedoraproject.org 站點(diǎn)的評論。如果正確完成，你將得到一個(gè)和之前一樣的操作系統(tǒng)，使丟失數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)最小化。

轉(zhuǎn)換的利弊

讓我們快速澄清一下：這種文件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換有什么優(yōu)勢和劣勢？

優(yōu)勢：

• 當(dāng)然，不需要重新安裝！你的系統(tǒng)里的所有文件和之前一模一樣。
• 技術(shù)上來說，沒有備份的情況下，就地進(jìn)行是可能的。
• 你會學(xué)到許多關(guān)于 Btrfs 的知識！
• 如果所有都按計(jì)劃進(jìn)行，會是相當(dāng)快的一個(gè)過程。

劣勢：

• 你必須熟悉終端環(huán)境和 shell 命令。
• 你可能會丟失數(shù)據(jù)，參見上文。
• 如果出了什么問題，你得自己解決。

特別之處：

• 你需要大約 20% 的可用磁盤空間才能成功轉(zhuǎn)換。但對于完整的備份和重裝方式，你可能需要的空間更多。
• 你可以在轉(zhuǎn)換過程中自定義你分區(qū)的所有參數(shù)，但如果選擇重裝，你也可以從 Anaconda 自定義。

LVM 怎么辦？

在近期幾次 Fedora 安裝中，LVM 布局一直是默認(rèn)的。如果你有一個(gè)帶有多個(gè)分區(qū)（例如 ??/??? 和 ??/home??）的 LVM 分區(qū)布局，你得以某種方式合并它們，來獲得 Btrfs 所有性能。

如果選擇這樣做，你可以單獨(dú)轉(zhuǎn)換分區(qū)到 Btrfs 文件系統(tǒng)，同時(shí)保留卷組。然而，遷移到 Btrfs 文件系統(tǒng)的優(yōu)勢之一是擺脫 LVM 分區(qū)布局強(qiáng)加的限制。你也可以利用 Btrfs 文件系統(tǒng)提供的收發(fā)功能在轉(zhuǎn)換后來合并分區(qū)。

了解 Btrfs

建議閱讀以下內(nèi)容對 Btrfs 文件系統(tǒng)是什么有一個(gè)基礎(chǔ)的了解。如果你沒有把握，只有選擇重裝 Fedora 這種安全的方式。

必須了解的：

• Fedora Magazine：Btrfs 來到 Fedora 33
• Btrfs 系統(tǒng)管理指南, 尤其是 關(guān)于子卷和 flat 子卷布局。
• btrfs-convert 指南

有用的資源：

• man 8 btrfs – 命令行界面
• man 5 btrfs – 掛載參數(shù)
• man btrfs-convert – 要用到的轉(zhuǎn)換工具
• man btrfs-subvolume – 管理子卷

轉(zhuǎn)換步驟

創(chuàng)建一個(gè)實(shí)時(shí)鏡像

由于不能轉(zhuǎn)換已掛載的文件系統(tǒng)，我們將通過 Fedora 實(shí)時(shí)鏡像Live Image進(jìn)行。安裝 Fedora 鏡像寫入工具，然后 “燒錄” Fedora 33 到你的 U 盤中來創(chuàng)建實(shí)時(shí)鏡像。

釋放磁盤空間

??btrfs-convert?? 會在分區(qū)的剩余空間重新創(chuàng)建文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，同時(shí)保持所有已有的 ext4 文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)還在它當(dāng)前的位置上。

不幸的是，所需的剩余空間的大小無法提前知道：如果沒有足夠的空間，轉(zhuǎn)換將會失敗（但不會破壞數(shù)據(jù)）。這里有一些釋放空間有用的方法：

• 利用 ??baobab?? 來識別大容量的文件和文件夾，然后移除。如果可能的話，不要手動刪除主文件夾以外的文件。
• 清理舊的系統(tǒng)日志：??journalctl –vacuum-size=100M??。
• 如果你正使用 Docker，請小心地使用類似 ??docker volume prune???、??docker image prune -a?? 這樣的工具。
• 清理 GNOME Boxes 之類的虛擬機(jī)內(nèi)不用的鏡像。
• 清理不用的軟件包和 Flatpak 包：??dnf autoremove???、??flatpak remove –unused??。
• 清理軟件包緩存：??pkcon refresh force -c -1???、??dnf clean all??。
• 如果你有把握，你可以謹(jǐn)慎的清理 ??~/.cache?? 文件夾。

轉(zhuǎn)換到 Btrfs

備份你所有有價(jià)值的數(shù)據(jù)，確保你的系統(tǒng)已完全更新，然后重啟到實(shí)時(shí)鏡像。運(yùn)行 ??gnome-disks??? 工具找到你所擁有的設(shè)備的路徑，比如 ??/dev/sda1??（如果你在使用 LVM，它可能看起來有所不同）。檢查文件系統(tǒng)然后執(zhí)行轉(zhuǎn)換：（編者按：以下命令使用 root 用戶運(yùn)行，謹(jǐn)慎使用！）

$ sudo su -
# fsck.ext4 -fyv /dev/sdXX （請?zhí)鎿Q為你的具體的設(shè)備路徑）
# man btrfs-convert （閱讀它）
# btrfs-convert /dev/sdXX （請?zhí)鎿Q為你的具體的設(shè)備路徑）

這將會花十幾分鐘甚至幾個(gè)小時(shí)，依據(jù)分區(qū)的大小和是機(jī)械硬盤還是固態(tài)硬盤。如果你看到錯誤，你可能需要更多剩余空間。作為最后的手段，你可以嘗試 ??btrfs-convert -n??。

怎樣回滾？

如果因?yàn)槟承┰蜣D(zhuǎn)換失敗，你的分區(qū)將保持在 ext4 文件系統(tǒng)或者它之前的狀態(tài)。如果你想在成功轉(zhuǎn)換之后回滾，簡單如下：

# btrfs-convert -r /dev/sdXX

警告！ 如果你做了以下這些事情之一，你將永久失去回滾的功能：碎片整理、均衡或者刪除 ??ext2_saved?? 子卷。

由于 Btrfs 文件系統(tǒng)的寫時(shí)復(fù)制特性，你可以安全的復(fù)制/移動甚至刪除文件、創(chuàng)建子卷，因?yàn)?nbsp;??ext2_saved?? 會保持引用舊數(shù)據(jù)。

掛載和檢查

現(xiàn)在這個(gè)分區(qū)應(yīng)該已經(jīng)有了 Btrfs 文件系統(tǒng)。掛載它然后查看你的文件……和子卷！

# mount /dev/sdXX /mnt （請?zhí)鎿Q為你的具體的設(shè)備路徑）
# man btrfs-subvolume （閱讀它）
# btrfs subvolume list / （使用 -t 以表格方式查看）

因?yàn)槟阋呀?jīng)閱讀了 ??相關(guān)的手冊頁???，你應(yīng)該知道創(chuàng)建子卷快照是安全的，并且有 ??ext2-saved?? 子卷作為你之前數(shù)據(jù)的簡易備份。

創(chuàng)建子卷

我們希望實(shí)現(xiàn)一個(gè)“扁平”子卷布局，這和 Anaconda 默認(rèn)創(chuàng)建的布局相同：

toplevel （卷根目錄，不能被默認(rèn)掛載）
  +-- root （子卷根目錄，被掛載到 /）
  +-- home （子卷根目錄，被掛載到 /home）

你可以跳過這個(gè)步驟，或者使用一個(gè)不同的布局。這種特殊結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是你可以輕松的創(chuàng)建 ??/home?? 的快照，并且對每個(gè)子卷使用不同的壓縮和掛載參數(shù)。

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

這里我們已經(jīng)創(chuàng)建了兩個(gè)子卷。??root2??? 是一個(gè)完整的分區(qū)快照，而 ??home2??? 開始是一個(gè)空子卷，然后我們往里復(fù)制內(nèi)容。（這個(gè) ??cp?? 命令不會重復(fù)數(shù)據(jù)，所以會很快。）

• 在 ??/mnt??? 目錄（頂層子卷），刪除除了 ??root2???、??home2??? 和 ??ext2_saved?? 之外的所有內(nèi)容。
• 重命名 ??root2??? 和 ??home2??? 子卷為 ??root??? 和 ??home??。
• 在 ??root??? 子卷里，清空 ??home??? 目錄，以便之后我們能夠掛載 ??home?? 子卷。

如果都做對了，那就很簡單了！

修改 fstab 分區(qū)表

為了重啟之后掛載新卷，必須要修改 ??fstab??，用新的行來代替舊的 ext4 文件系統(tǒng)掛載行。

你可以使用 ??blkid?? 命令來找到你的分區(qū)的 UUID。

UUID=xx / btrfs subvol=root 0 0 （請?zhí)鎿Q為你的具體 UUID）
UUID=xx /home btrfs subvol=home 0 0 （請?zhí)鎿Q為你的具體 UUID）

（注意如果指向的是同一個(gè)分區(qū)，那么這兩個(gè) UUID 是相同的。）

這些都是新安裝的 Fedora 33 的默認(rèn)值。在 ??fstab??? 中，你也可以選擇自定義壓縮和添加類似 ??noatime?? 這樣的參數(shù)。

可以查看 ??關(guān)于壓縮參數(shù)的維基頁面??? 和 ??man 5 btrfs?? 了解所有相關(guān)的參數(shù)。

chroot 到系統(tǒng)

如果你曾經(jīng)做過系統(tǒng)恢復(fù)，我想你肯定知道這些命令。這里，我們將得到一個(gè) 基本上 在你系統(tǒng)里的 shell 提示符，可以訪問網(wǎng)絡(luò)。

首先，我們必須重新掛載 ??root??? 子卷到 ??/mnt??? 目錄，然后掛載 ??/boot??? 和 ??/boot/efi?? 分區(qū)（它們可能有所不同，這取決于你的文件系統(tǒng)布局）：

# umount /mnt
# mount -o subvol=root /dev/sdXX /mnt （請?zhí)鎿Q為你的具體的設(shè)備路徑）
# mount /dev/sdXX /mnt/boot （請?zhí)鎿Q為你的具體的設(shè)備路徑）
# mount /dev/sdXX /mnt/boot/efi （請?zhí)鎿Q為你的具體的設(shè)備路徑）

然后我們繼續(xù)掛載系統(tǒng)設(shè)備：

# 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

重裝 GRUB 及內(nèi)核

最容易的方法就是重裝 GRUB 和 內(nèi)核，因?yàn)樗瓿闪怂斜匾呐渲?—— 現(xiàn)在我們可以訪問網(wǎng)絡(luò)了。所以，在 chroot 環(huán)境內(nèi)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 的系統(tǒng)，這里是適用的。如果你是 BIOS 的系統(tǒng)，請查看下面的文檔。重啟之前，讓我們查看是否一切正常：

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

你應(yīng)該在 ??grubenv??? 和 ??grub.cfg??? 有正確的分區(qū) UUID 或指向（??grubenv??? 可能沒有更新，如有必要可以編輯它），并在 ??grub.cfg??? 中看到 ??insmod btrfs?? 配置和在 initramfs 鏡像中有 btrfs 模塊。

參見: Fedora 系統(tǒng)管理指南中的 ??重裝 GRUB 2??? 和 ??驗(yàn)證初始 RAM 磁盤鏡像?? 。

重啟

現(xiàn)在系統(tǒng)能夠正常啟動。如果不能，別慌，回到實(shí)時(shí)鏡像修復(fù)這個(gè)問題。最壞的情況下，你可以從那里重裝 Fedora 。

首次啟動之后

檢查你的新 Btrfs 文件系統(tǒng)一切都正常。如果你覺得沒問題，你需要回收舊的 ext4 快照使用的空間，進(jìn)行碎片整理和平衡子卷。后兩者可能要花一些時(shí)間，并且相當(dāng)耗費(fèi)資源。

對此你必須這樣掛載頂級子卷：

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

然后，當(dāng)機(jī)器有空閑時(shí)間時(shí)，運(yùn)行這些命令：

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

最后，有一個(gè) “非寫時(shí)復(fù)制” ??屬性??，對于新系統(tǒng)，這個(gè)屬性是為虛擬機(jī)鏡像文件夾自動設(shè)置的。如果你使用虛擬機(jī)的話，可以設(shè)置它：

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

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

這個(gè)屬性只會對在這些文件夾里的新文件生效。復(fù)制鏡像并刪除原鏡像，你可以通過 ??lsattr?? 確認(rèn)結(jié)果。

總結(jié)

我真心希望你發(fā)現(xiàn)這個(gè)教程是有用的，并且能夠?qū)κ欠裨谀愕南到y(tǒng)上轉(zhuǎn)換為 Btrfs 做出謹(jǐn)慎而明智的決定。祝你成功轉(zhuǎn)換！