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Btrfs 和 LVM-ext4 该如何选择?

作者: Troy Curtis Jr 译者: LCTT Chao-zhi Liu

| 2021-01-23 13:31   评论: 1    

Fedora 33 在其各类桌面版本中引入了新的默认文件系统 Btrfs。多年以来,Fedora 一直在 逻辑卷管理Logical Volume Manager(LVM) 卷之上使用 ext4,引入 Brtfs 对 Fedora 来说是一个很大的转变。更改默认文件系统需要 令人信服的原因。虽然 Btrfs 是令人兴奋的下一代文件系统,但 LVM 上的 ext4 是成熟而稳定的。本指南旨在探索各自的高级特性,使得更容易在 Btrfs 和 LVM-ext4 之间进行选择。

先说结论

最简单的建议是坚持使用默认值。全新安装的 Fedora 33 环境默认为 Btrfs,升级之前的 Fedora 版本将继续使用最初安装的设置,通常是 LVM-ext4。对于现有的 Fedora 用户来说,获取 Btrfs 的最简单方式是全新安装。然而,全新安装比简单升级更具破坏性。除非有特殊需要,否则这种干扰可能是不必要的。Fedora 开发团队仔细考虑了这两个默认值,因此对任何一个选择都要有信心。

那么其他文件系统呢?

现在有很多 Linux 系统的文件系统。在加上卷管理器、加密方法和存储机制的组合后,这一数字呈爆炸式增长。那么,为什么要关注 btrfs 和 LVM-ext4 呢?对于 Fedora 的用户来说,这两种设置可能是最常见的。在 Fedora 11 中,LVM 之上的 ext4 成为了默认磁盘布局,在此之前则使用的是 ext3。

既然 Btrfs 是 Fedora 33 的默认设置,那么绝大多数现有用户会考虑是应该原地踏步还是向前跳跃。面对全新安装的 Fedora 33 环境,有经验的 Linux 用户可能会想知道是使用这个新的文件系统,还是退回到他们熟悉的文件系统。因此,在众多可能的存储选项中,许多 Fedora 用户会想知道如何在 Btrfs 和 LVM-ext4 之间进行选择。

两者的共性

尽管两个文件系统之间存在核心差异,但 Btrfs 和 LVM-ext4 实际上有很多共同之处。两者都是成熟且经过充分测试的存储技术。从 Fedora Core 的早期开始,就一直在使用 LVM,而 ext4 在 2009 年成为 Fedora 11 的默认设置。Btrfs 在 2009 年并入 Linux 主线内核,并且 Facebook 广泛使用了该文件系统。SUSE Linux Enterprise 12 在 2014 年使其成为默认文件系统。因此,它在生产环境中也有着长久的运行时间。

这两个系统都能很好地防止因意外停电而导致的文件系统损坏,尽管它们的实现方式不同。它们支持的配置包括使用单盘设置和跨越多个设备,并且这两种配置都能够创建近乎即时的快照。有各种工具可以帮助管理这两种系统,包括命令行和图形界面。这两种解决方案在家用台式机和高端服务器上都同样有效。

LVM-ext4 的优势

LVM 上 ext4 的结构

ext4 文件系统 专注于高性能和可伸缩性,没有太多额外的花哨之处。它能有效地防止长时间后的碎片化,并当碎片化出现后提供了 很好的工具。ext4 之所以坚如磐石,是因为它构建在前代的 ext3 文件系统之上,带来了多年的系统内测试和错误修复。

LVM-ext4 环境中的大多数高级功能都来自 LVM 本身。LVM 位于文件系统的“下方”,这意味着它支持任何文件系统。逻辑卷Logical volume(LV)是通用的块设备,因此 虚拟机可以直接使用它们。这种灵活性使得每个逻辑卷都可以使用合适的文件系统,用合适的选项应对各种情况。这种分层方法还遵循了“小工具协同工作”的 Unix 哲学。

从硬件抽象出来的卷组volume group(VG)允许 LVM 创建灵活的逻辑卷。每个逻辑卷都提取自同一个存储池,但具有自己的设置。调整卷的大小比调整物理分区的大小容易得多,因为没有数据有序放置的限制。LVM 物理卷physical volume(PV)可以是任意数量的分区,甚至可以在系统运行时在设备之间移动。

LVM 支持只读和读写的 快照,这使得从活动系统创建一致的备份变得很容易。每个快照都有一个定义的大小,更改源卷或快照卷将占用其中的空间。又或者,逻辑卷也可以是稀疏配置池thinly provisioned pool的一部分。这允许快照自动使用池中的数据,而不是使用在创建卷时定义的固定大小的块。

有多个磁盘驱动器的 LVM

当有多个设备时,LVM 才真正大放异彩。它原生支持大多数 RAID 级别,每个逻辑卷可以具有不同的 RAID 级别。LVM 将自动为 RAID 配置选择适当的物理设备,或者用户可以直接指定它。基本的 RAID 支持包括用于性能的数据条带化(RAID0)和用于冗余的镜像(RAID1)。逻辑卷也可以使用 RAID5RAID6 和 RAID10 等高级设置。LVM RAID 支持已经成熟,因为 LVM 在底层使用的 设备映射器(dm) 和 多设备(md) 内核支持, 与 mdadm 使用的一样。

对于具有快速和慢速驱动器的系统,逻辑卷也可以是 缓存卷。经典示例是 SSD 和传统磁盘驱动器的组合。缓存卷使用较快的驱动器来存储更频繁访问的数据(或用作写缓存),而慢速的驱动器则用于处理大量数据。

LVM 中大量稳定的功能以及 ext4 的可靠性在既往的使用中早已被证明了。当然,功能越多就越复杂。在配置 LVM 时,要找到合适的功能选项是很有挑战性的。对于单驱动器的台式机系统,LVM 的功能(例如 RAID 和缓存卷)不适用。但是,逻辑卷比物理分区更灵活,快照也很有用。对于正常的桌面使用,LVM 的复杂性会成为典型的用户可能遇到的问题恢复的障碍。

Btrfs 的优势

Btrfs 结构

从前几代文件系统中学到的经验指导了构建到 Btrfs 的功能设计。与 ext4 不同,它可以直接跨越多个设备,因此它具有通常仅在卷管理器中才能找到的功能。它还具有 Linux 文件系统空间中独有的功能(ZFS 具有相似的功能集,但不要指望它在 Linux 内核中出现)。

Btrfs 的主要功能

也许最重要的功能是对所有数据进行校验和checksumming。校验和与写时复制copy-on-write(COW)一起,提供了在意外断电后确保文件系统完整性的 关键方法。更独特的是,校验和可以检测数据本身中的错误。悄然的数据损坏(有时也称为 bitrot)比大多数人意识到的更常见。如果没有主动验证,损坏最终可能会传播到所有可用的备份中。这使得用户没有有效的副本。通过透明地校验所有数据,Btrfs 能够立即检测到任何此类损坏。启用正确的 dup 或 raid 选项,文件系统也可以透明地修复损坏。

写时复制也是 Btrfs 的基本功能,因为它在提供文件系统完整性和即时子卷快照方面至关重要。从公共子卷创建快照后,快照会自动共享底层数据。另外,事后的重复数据删除deduplication 使用相同的技术来消除相同的数据块。单个文件可以通过使用 cp 的 reflink 选项 来使用 COW 功能。reflink 副本对于复制大型文件(例如虚拟机镜像)特别有用,这些文件往往随着时间的推移具有大部分相同的数据。

Btrfs 支持跨越多个设备,而无需卷管理器。多设备支持可提供数据镜像功能以实现冗余和条带化以提高性能。此外,还实验性地支持更高级的 RAID 级别,例如 RAID 5 和 RAID 6。与标准 RAID 设置不同,Btrfs 的 RAID1 实际上允许奇数个设备。例如,它可以使用 3 个设备,即使它们的大小不同。

所有 RAID 和 dup 选项都是在文件系统级别指定的。因此,各个子卷不能使用不同的选项。请注意,使用多设备的 RAID1 选项意味着即使一个设备发生故障,卷中的所有数据都是可用的,并且校验功能可以保持数据本身的完整性。这超出了当前典型的 RAID 设置所能提供的范围。

附加功能

Btrfs 还支持快速简便的远程备份。子卷快照可以 发送到远程系统 进行存储。通过利用文件系统中固有的 COW 元数据,这些传输通过仅发送先前发送的快照中的增量更改而非常有效。诸如 snapper 之类的用户应用程序使管理这些快照变得容易。

另外,Btrfs 卷可以具有 透明压缩 功能,并且 chattr +c 可以标记进行压缩的单个文件或目录。压缩不仅可以减少数据消耗的空间,还可以通过减少写入操作量来帮助延长 SSD 的寿命。压缩当然会带来额外的 CPU 开销,但是有很多选项就可以权衡取舍。

Btrfs 集成了文件系统和卷管理器功能,这意味着总体维护比 LVM-ext4 更简单。当然,这种集成的灵活性较低,但是对于大多数台式机甚至服务器而言,设置已足够。

LVM 上使用 Btrfs

Btrfs 可以 就地转换 ext3/ext4 文件系统。就地转换意味着无需将数据复制出来然后再复制回去。数据块本身甚至都不需要修改。因此,对于现有的 LVM-ext4 系统,一种选择是将 LVM 保留在原处,然后简单地将 ext4 转换为 Btrfs。虽然可行且受支持,但有一些原因使它不是最佳选择。

Btrfs 的吸引力之一是与卷管理器集成的文件系统所带来的更轻松的管理。要是在 LVM 之上运行,对于系统维护,仍然要对额外的卷管理器进行一些设置。同样,LVM 设置通常具有多个固定大小的逻辑卷,并具有独立文件系统。虽然 Btrfs 支持给定的计算机上的多个卷,但是许多不错的功能都需要单一卷具有多个子卷。如果每个 LVM 卷都有一个独立的 Btrfs 卷,则用户仍然需要手动管理固定大小的 LVM 卷。虽然能够收缩挂载的 Btrfs 文件系统的能力确实使处理固定大小的卷的工作变得更轻松。通过在线收缩功能,就无需启动 实时镜像 了。

在使用 Btrfs 的多设备支持时,必须仔细考虑逻辑卷的物理位置。对于 Btrfs 而言,每个逻辑卷都是一个单独的物理设备,如果实际情况并非如此,则某些数据可用性功能可能会做出错误的决定。例如,如果单个驱动器发生故障,对数据使用 RAID1 通常可以提供保护。如果实际逻辑卷在同一物理设备上,则没有冗余。

如果强烈需要某些特定的 LVM 功能,例如原始块设备或高速缓存的逻辑卷,则在 LVM 之上运行 Btrfs 是有意义的。在这种配置下,Btrfs 仍然提供其大多数优点,例如校验和和易于发送的增量快照。尽管使用 LVM 会产生一些操作开销,但 Btrfs 的这种开销并不比任何其他文件系统大。

总结

当尝试在 Btrfs 和 LVM-ext4 之间进行选择时,没有一个正确的答案。每个用户都有独特的要求,并且同一用户可能拥有具有不同需求的不同系统。看一下每个配置的功能集,并确定是否有令人心动的功能。如果没有,坚持默认值没有错。选择这两种设置都有很好的理由。


via: https://fedoramagazine.org/choose-between-btrfs-and-lvm-ext4/

作者:Troy Curtis Jr 选题:lujun9972 译者:Chao-zhi 校对:wxy

本文由 LCTT 原创编译,Linux中国 荣誉推出



最新评论

来自广东珠海的 Chrome 88.0|Windows 10 用户 2021-01-27 09:36 37 回复
亲测目前,Linux下使用btrfs且使用比如zstd的压缩的情况下,vbox虚拟机会一直不断的不定时突然死机
LCTT 译者
Chao-zhi Liu 🌟🌟🌟
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贡献时间:2016-09-11 -> 2021-03-01
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