Introduzione

Btrfs è un moderno filesystem copy on write (CoW) per Linux che mira a implementare funzionalità avanzate con particolare attenzione sulla tolleranza agli errori, sulla riparazione e sulla facile amministrazione.

Sviluppato congiuntamente da più società, Btrfs è concesso in licenza ai sensi della licenza GPL e aperto al contributo di chiunque.

Di seguito sono elencate le principali caratteristiche e funzionalità:

• Snapshot: offre la possibilità di creare istantanee per ogni subvolume, inizialmente non occupando spazio, con strumenti già esistenti come Timeshift e un facile ripristino del sistema in caso di problemi.

• Compressione: possibilità di abilitare la compressione trasparente zlib|lzo|zstd utile al risparmio di spazio a incrementare la durata dell'hardware, in alcuni casi a migliorare le prestazioni.

• Checksumming su dati e metadati: garantisce l'integrità dei dati e verificato ad ogni lettura e scrittura, possibilità di avviare scrub per una verifica su tutti i dati e metadati.

• Gestione multi disco: possibilità di aumentare lo spazio a disposizione aggiungendo un disco al filesystem, convertire a sistema montato da single a raid1, ecc.

• Zoned Storage: Dal kernel 5.12 Btrfs supporta la modalità a zone. Questa modalità viene abilitata sugli hard disk SMR e sui dischi a stato solido NVMe ZNS (NVMe Zoned Namespaces).

Per approfondire l'argomento leggere la relativa guida (in inglese).

Installare Ubuntu con filesystem Btrfs

Installare Ubuntu, avendo cura in fase di partizionamento di selezionare come tipo di filesystem btrfs al posto di ext4.

Ubuntu 18.04

Il pacchetto btrfs-progs presente nei repository per il rilascio 18.04, necessario per gestire il file system Btrfs, è una versione obsoleta priva di alcune funzioni e dalle prestazioni talora carenti.

Pertanto si consiglia di scaricare e installare la versione presente nel repository per il rilascio 20.04, ora distribuito sotto forma di una suite di più pacchetti.

1. Scaricare da questo indirizzo i seguenti pacchetti .deb:

   btrfs-progs_5.4.1-2_amd64.deb
   libbtrfs0_5.4.1-2_amd64.deb
   libbtrfsutil1_5.4.1-2_amd64.deb

2. Spostarsi nella cartella dove sono stati salvati i pacchetti scaricati.

3. Installare i pacchetti digitando nel terminale il seguente comando:

   sudo dpkg -i *_amd64.deb

Consigli post installazione

Per ottimizzare la gestione degli snapshot e le prestazioni, consultare questo capitolo.

Se la partizione swap è assente, per abilitare lo swapfile in Btrfs consultare la relativa pagina.

Presentazione subvolume

I subvolumi possono essere utilizzati per organizzare e ottimizzare la gestione dei dati. Il vantaggio è presente soprattutto quando si creano snasphot. Gli snapshot sono applicati per subvolume e non sono ricorsivi, sono utili per inviare un subvolume su un disco di backup con btrfs send, per configurare un intero subvolume come nocow, con diverso algoritmo di compressione. Ubuntu di default crea due subvolumi: @ montato su /, @home montato su /home.

Per approfondire l'argomento leggere la relativa guida (in inglese).

Gestione subvolume

Subvolume flat

Il subvolume flat è un subvolume secondario del subvolume di livello superiore, top level (ID 5).

Per creare e/o eliminare un subvolume flat, la radice del filesystem deve essere montata in modo che i subvolumi siano visibili.

Per montare un subvolume flat deve essere specificato nelle opzioni di fstab.

• Per individuare la lettera e il numero di partizione del filesystem radice, digitare nel terminale:
  mount -t btrfs
  L'output sarà del tipo:
  /dev/sda2 on / type btrfs (rw,noatime,compress=zstd:1,ssd,autodefrag,subvolid=983,subvol=/@)
  /dev/sda2 on /home type btrfs (rw,noatime,compress=zstd:1,ssd,autodefrag,subvolid=257,subvol=/@home)
  

• Montare la radice su /mnt:

  sudo mount -t btrfs -o noatime,compress=zstd,autodefrag /dev/sda2 /mnt

• Creare un subvolume:

  sudo btrfs subvolume create /mnt/<nomesubvolume>

• Listare i subvolumi:

  sudo btrfs subvolume list -t /mnt

• Eliminare un subvolume:

  sudo btrfs subvolume delete /mnt/<nomesubvolume>

• Montaggio di un subvolume:

  sudo mount -t btrfs -o subvol=<nomesubvolume> /dev/sda2 /mnt

Subvolume nested

Il subvolume nested è un subvolume nidificato dentro un altro subvolume di qualsiasi livello.

Per creare e/o eliminare un subvolume nested, basta specificare il percorso nel filesystem. È consigliato creare un subvolume nested su cartelle che potrebbero essere rimosse.

Un subvolume nested può essere rimosso come una semplice cartella.

Non si deve specificare nessuna opzione di montaggio in /etc/fstab poiché si montano in automatico.

Un subvolume nested viene escluso dagli snapshot del subvolume superiore, gli snapshot non sono ricorsivi su altri subvolumi.

1. Creare un subvolume:

   sudo btrfs subvolume create /percorso/nomesubvolume

2. Creare un subvolume sulla home dell'utente:

   btrfs subvolume create /home/nomeutente/nomesubvolume

3. Listare i subvolumi:

   sudo btrfs subvolume list -t /

4. Eliminare un subvolume:

   sudo btrfs subvolume delete /percorso/nomesubvolume

Compressione

La compressione trasparente è una funzionalità di btrfs che consente a un filesystem btrfs di applicare la compressione in base al file. Dei tre algoritmi supportati, zstd è quello con la migliore velocità e rapporto di compressione. L'abilitazione della compressione consente di risparmiare spazio, ma riduce anche l'amplificazione in scrittura e aumenta la durata degli SSD. A seconda del carico di lavoro e dell'hardware, la compressione può anche comportare un aumento delle prestazioni di lettura e scrittura.

Per approfondire l'argomento leggere la relativa guida (in inglese).

Algoritmo di compressione

• lzo non supporta nessun livello di compressione su btrfs.

• zlib supporta i livelli di compressione da 1 a 9, predefinito è 3.

• zstd supporta i livelli di compressione da 1 a 15 come da seguente tabella, predefinito è 3.

Dati estrapolati da questa fonte.

Benchmark orientativo delle differenze di compressione tra lzo, zstd e zlib.

Esempi di compressione

1. Comprimere un subvolume con zstd:

   sudo btrfs filesystem defragment -r -v -czstd /mnt/@subvolume

2. Comprimere un file o cartella con zstd:

   sudo btrfs filesystem defragment -r -v -czstd /cartella

3. Abilita la compressione su file, cartella o subvolume in modo permanente:

   sudo btrfs property set /cartella compression zstd

4. Aprire con i privilegi di amministrazione e con un editor di testo il file /etc/fstab e scrivervi le opzioni di montaggio con zstd livello 1:

   UUID=UUID / btrfs noatime,compress=zstd:1,autodefrag,subvol=@

Opzioni di montaggio

L'opzione di montaggio consigliata per i dispositivi a stato solido per uso desktop generico da scrivere nel file /etc/fstab è :

noatime,compress=zstd:1

L'opzione di montaggio consigliata per gli hard disk per uso desktop generico da scrivere nel file /etc/fstab è :

noatime,autodefrag,compress=zstd:1

Per approfondire l'argomento e ulteriori opzioni di montaggio leggere la relativa guida (in inglese).

Riparare il filesystem

Consultare la guida dedicata.

Manutenzione

Per eseguire la manutenzione periodica installare il pacchetto btrfsmaintenance.

Trim: Su Ubuntu viene abilitato in automatico tramite timer systemd quando rileva un disco a stato solido.

Defrag: Se viene abilitato sull'intero filesystem c'è da considerare che rompe il collegamento con gli snapshot occupando tutto lo spazio sul disco. Può essere configurato per deframmentare su una cartella specifica dove si crea molta frammentazione, ad esempio una cartella che contiene: database, immagini VM.

Scrub: Controlla il checksumming dei dati, è sempre utile abilitarlo soprattutto su configurazione mirroring.

Balance: Sposta e libera gruppo di blocchi di dati e metadati e li compatta. Lo script di manutenzione ha dei filtri a vantaggio di un bilanciamento più veloce e minor IO. Nell'uso generale desktop non è consigliato abilitarlo.

1. Abilitare il timer per aggiornare la configurazione all'avvio del sistema (consigliato):

   sudo systemctl enable btrfsmaintenance-refresh.service

2. Abilitare il timer per balance, di default impostato settimanalmente:

   sudo systemctl enable btrfs-balance.timer

3. Abilitare il timer per scrub, di default impostato mensilmente:

   sudo systemctl enable btrfs-scrub.timer

4. Abilitare il timer per il defrag, di default impostato mensilmente:

   sudo systemctl enable btrfs-defrag.timer

Per modificare la configurazione aprire con i privilegi di amministrazione e con un editor di testo il file /etc/default/btrfsmaintenance.

Pagina ufficiale del progetto btrfsmaintenance.

Btrfs send | receive

Btrfs ha alcune funzionalità chiave che consentono soluzioni di backup efficienti.

Il primo invio, chiamato Initial Bootstrapping, è un backup completo e richiederà una quantità di tempo più o meno cospicua a seconda delle dimensioni della partizione. Il secondo invio può essere fatto in modo incrementale, a condizione che l'ultimo snapshot inviato venga conservato. A differenza di rsync e cp, che devono scansionare l'origine e la destinazione per confrontare i cambiamenti e sapere cosa copiare, Btrfs send non ha bisogno di leggere un singolo file sulla sorgente o destinazione per sapere cosa è cambiato, ed è molto più veloce. Btrfs send|receive è adatto per il backup, ma è principalmente uno schema di replica. Non ha opzioni di filtro per escludere o includere cartelle o file. Preserva tutto: date, permessi ecc.

Per approfondire l'argomento leggere la relativa guida (in inglese)

Backup subvolume

• Per inviare lo snapshot di un subvolume, questo deve essere in sola lettura, la destinazione deve essere una partizione Btrfs.

  Per individuare la lettera e il numero di partizione del filesystem radice, digitare nel terminale:
  mount -t btrfs
  L'output sarà del tipo:
  /dev/sda2 on / type btrfs (rw,noatime,compress=zstd:1,ssd,subvolid=983,subvol=/@)
  /dev/sda2 on /home type btrfs (rw,noatime,compress=zstd:1,ssd,subvolid=257,subvol=/@home)
  

• Montare la radice su /mnt(La cartella montata è di esempio, si può scegliere o creare altre cartelle per il montaggio):

  sudo mount -t btrfs -o --options-source /dev/sda2 /mnt

• Creare lo snapshot di sola lettura con l'opzione -r di un subvolume, in questo esempio è /home:

  sudo btrfs subvolume snapshot -r /home /mnt/home_snapshot1

• Inviare lo snapshot sul disco di backup:

  sudo btrfs send /mnt/home_snapshot1 | sudo btrfs receive /percorso/disco/backup/

• Creare un secondo snapshot per inviare la differenza (incrementale):

  sudo btrfs subvolume snapshot -r /home /mnt/home_snapshot2

• Inviare solo la differenza tra lo snapshot home_snapshot1 e home_snapshot2:

  sudo btrfs send -p /mnt/home_snapshot1 /mnt/home_snapshot2 | sudo btrfs receive /percorso/disco/backup/

• Eliminare il primo snapshot e creare un terzo snapshot, per inviare la differenza del penultimo snapshot e l'ultimo:

  sudo btrfs subvolume delete /mnt/home_snapshot1
  sudo btrfs subvolume snapshot -r /home /mnt/home_snapshot3

• Inviare solo la differenza tra lo snapshot home_snapshot2 e home_snapshot3:

  sudo btrfs send -p /mnt/home_snapshot2 /mnt/home_snapshot3 | sudo btrfs receive /percorso/disco/backup/

1. Ripristino di uno snapshot dal backup:

   sudo btrfs send /percorso/disco/backup/home_snapshot3 | btrfs receive /mnt/

2. Riportare il subvolume in lettura e scrittura:

   sudo btrfs property set -f /mnt/home_snapshot3 ro false

3. Rinominare il subvolume attuale, nel caso della home:

   sudo mv /mnt/@home /mnt/@home_backup

4. Rinominare lo snapshot, nel caso della home rinominarlo nel subvolume precedente:

   sudo mv /mnt/home_snapshot3 /mnt/@home

Ottimizzazione subvolume su Ubuntu

Creare vari subvolumi può portare ad alcuni vantaggi:

• Esclusione dagli snapshot quando usiamo strumenti come timeshift).

• Disabilitare COW, settare un diverso algoritmo di compressione o disabilitare la compressione.

• Inviare l'intero subvolume su un disco esterno o di rete per un backup con Btrfs send (come unico requisito è Btrfs come filesystem sul dispositivo di destinazione).

  Per individuare la lettera e il numero di partizione del filesystem radice, digitare nel terminale:
  mount -t btrfs
  L'output sarà del tipo:
  /dev/sda2 on / type btrfs (rw,noatime,compress=zstd:1,ssd,subvolid=983,subvol=/@)
  /dev/sda2 on /home type btrfs (rw,noatime,compress=zstd:1,ssd,subvolid=257,subvol=/@home)
  

Subvolume cartella /var/tmp

1. Montare la radice su /mnt (la cartella montata è di esempio, si può scegliere o creare altre cartelle per il montaggio):

   sudo mount -t btrfs -o --options-source /dev/sda2 /mnt

2. Creare subvolume della cartella:

   sudo btrfs subvolume create /mnt/@vartmp

3. Impostare i permessi della cartella tramite il bit sticky:

   sudo chmod 1777 /mnt/@vartmp

4. Copiare il contenuto della cartella nel subvolume:

   sudo cp -a /mnt/@/var/tmp/* /mnt/@vartmp/

5. Aprire con i privilegi di amministrazione e con un editor di testo il file /etc/fstab e scriverci le opzioni di montaggio:

   UUID=UUID /var/tmp btrfs noatime,subvol=@vartmp

6. Fare clic su Ctrl+S per salvare e su Ctrl+Q per chiudere l'editor.

7. Smontare il filesystem:

   sudo umount /mnt

Subvolume cartella /var/cache

1. Montare la radice su /mnt (la cartella montata è di esempio, si può scegliere o creare altre cartelle per il montaggio):

   sudo mount -t btrfs -o --options-source /dev/sda2 /mnt

2. Creare subvolume della cartella:

   sudo btrfs subvolume create /mnt/@varcache

3. Copiare il contenuto della cartella nel subvolume:

   sudo cp -a /mnt/@/var/cache/* /mnt/@varcache/

4. Aprire con i privilegi di amministrazione e con un editor di testo il file /etc/fstab e scriverci le opzioni di montaggio:{{{:

   UUID=UUID /var/cache  btrfs noatime,subvol=@varcache

5. Fare clic su Ctrl+S per salvare e su Ctrl+Q per chiudere l'editor.

6. Smontare il filesystem:

   sudo umount /mnt

Subvolume cartella /var/log

1. Montare la radice su /mnt (la cartella montata è di esempio, si può scegliere o creare altre cartelle per il montaggio):

   sudo mount -t btrfs -o --options-source /dev/sda2 /mnt

2. Creare subvolume della cartella:

   sudo btrfs subvolume create /mnt/@varlog

3. Copiare il contenuto della cartella nel subvolume:

   sudo cp -a /mnt/@/var/log/* /mnt/@varlog/

4. Aprire con i privilegi di amministrazione e con un editor di testo il file /etc/fstab e scriverci le opzioni di montaggio:

   UUID=UUID /var/log btrfs noatime,compress=zstd:1,subvol=@varlog

5. Fare clic su Ctrl+S per salvare e su Ctrl+Q per chiudere l'editor.

6. Smontare il filesystem:

   sudo umount /mnt

Subvolume flatpak

È utile in caso di ripristino di sistema da uno snapshot, poiché le applicazioni flatpak non vengono ripristinate.

1. Montare la radice su /mnt (la cartella montata è di esempio, si può scegliere o creare altre cartelle per il montaggio):

   sudo mount -t btrfs -o --options-source /dev/sda2 /mnt

2. Creare subvolume della cartella:

   sudo btrfs subvolume create /mnt/@varlibflatpak

3. Copiare il contenuto della cartella nel subvolume:

   sudo cp -a /mnt/@/var/lib/flatpak/* /mnt/@varlibflatpak/

4. Aprire con i privilegi di amministrazione e con un editor di testo il file /etc/fstab e scriverci le opzioni di montaggio:

   UUID=UUID /var/lib/flatpak btrfs noatime,compress=zstd:1,subvol=@varlibflatpak

5. Fare clic su Ctrl+S per salvare e su Ctrl+Q per chiudere l'editor.

6. Smontare il filesystem:

   sudo umount /mnt

Subvolume VM gestite da VirtManager

1. Montare la radice su /mnt (la cartella montata è di esempio, si può scegliere o creare altre cartelle per il montaggio):

   sudo mount -t btrfs -o --options-source /dev/sda2 /mnt

2. Creare subvolume della cartella:

   sudo btrfs subvolume create /mnt/@varlibvirt

   Da libvirt version 6.6.0 non è più necessario disattivare il COW manualmente, se rileva Btrfs come filesystem, viene disattivato in automatico per le nuove immagini.

   Non disattivare COW se si utilizza una configurazione di mirroring (raid1, raid1cN, raid10, ecc.). Per ulteriore dettagli: https://github.com/kdave/btrfs-progs/issues/481

3. Disattivare il COW sul subvolume:

   sudo chattr +C /mnt/@varlibvirt

4. Copiare il contenuto della cartella nel subvolume:

   sudo cp -a /mnt/@/var/lib/libvirt/images/* /mnt/@varlibvirt/

5. Aprire con i privilegi di amministrazione e con un editor di testo il file /etc/fstab e scriverci le opzioni di montaggio:

   UUID=UUID /var/lib/libvirt/images/ btrfs noatime,subvol=@varlibvirt

6. Fare clic su Ctrl+S per salvare e su Ctrl+Q per chiudere l'editor.

7. Smontare il filesystem:

   sudo umount /mnt

Subvolume immagini di GNOME-Boxes

Con GNOME-Boxes già installato seguire i seguenti passaggi.

1. Creare la cartella temporanea:

   sudo mkdir /home/utente/boxtmp

2. Copiare il contenuto della cartella:

   sudo cp -a /home/username/.local/share/gnome-boxes/images/* /home/username/boxtmp/

3. Elimina la cartella /images per creare il subvolume:

   sudo rm -r /home/username/.local/share/gnome-boxes/images

4. Creare subvolume della cartella:

   sudo btrfs subvolume create /home/username/.local/share/gnome-boxes/images

5. Ripristinare il contenuto della cartella /images:

   sudo cp -a /home/username/boxtmp/* /home/username/.local/share/gnome-boxes/images/

Se GNOME-Boxes non è già installato, prima d'installarlo creare il subvolume /home/username/.local/share/gnome-boxes/images e successivamente installare GNOME-Boxes.

Comandi principali di Btrfs

1. Leggere e stampare le statistiche di errore IO del dispositivo:

      sudo btrfs device stats / 

2. Mostrare informazioni dettagliate sulle allocazioni interne nei dispositivi:

      sudo btrfs device usage / 

3. Mostrare informazioni dettagliate sull'uso del filesystem interno:

      sudo btrfs filesystem usage / 

FAQ

Alcune risposte alle domande più comuni su Btrfs.

• Come funziona la compressione file incomprimibili?
  Esiste una semplice logica decisionale: se la prima porzione di dati da comprimere non è più piccola dell'originale, la compressione del file è disabilitata, a meno che non ci sia l'opzione di montaggio compress-force=algoritmo. In tal caso, la compressione viene sempre tentata sul file, per poi essere successivamente scartata, con maggior cicli di lavoro per la CPU. Questo non è ottimale e soggetto a ottimizzazioni e ulteriori sviluppi.

• Cosa succede se abilito la compressione a dei file già scritti?
  Solo i file creati, modificati e montati con l'opzione compress=algoritmo verranno compressi. Per applicare la compressione ai file esistenti usare il comando:

  sudo btrfs filesystem defragment -c <algoritmo> /percorso/cartella

• Posso impostare la compressione di un file, cartella o subvolume senza usare l'opzione di montaggio?
  Sì, l'utilità chattr supporta l'impostazione dell'attributo del file c, che contrassegna l'inode per comprimere i nuovi dati scritti. Per impostare la proprietà di compressione di un file usare il comando:

  sudo btrfs property set <file> compression <zlib|lzo|zstd>

  Ciò forza la compressione da usare su quel file, cartella o subvolume usando l'algoritmo specificato.

• Come posso disattivare la compressione?
  Per disattivare la compressione usare il comando:

  sudo btrfs property set <file> compression none

  Si noti che la disattivazione comporta un notevole aumento di uso dello spazio sul disco.

Risoluzione dei problemi

Mancato funzionamento del comando (p)locate

A causa del bug #1968190 , la ricerca di file, cartelle ed altro nel sistema, tramite il comando (p)locate, non darà esito.

Per risolvere eseguire la seguente procedura.

1. Aprire con i privilegi di amministrazione e con un editor di testo il file /etc/updatedb.conf.

2. Modificare la stringa PRUNE_BIND_MOUNTS = “yes”' in PRUNE_BIND_MOUNTS = “no”.

3. Salvare e chiudere il file.

4. Aggiornare il database digitando nel terminale il seguente comando:

   sudo updatedb

Mancato funzionamento della ricerca in Kubuntu

La ricerca di file, cartelle ed altro nel sistema, tramite le applicazioni grafiche come Dolphin, KFind, Konqueror ed altre, potrebbero non dare esito a causa della disattivazione predefinita del servizio d'indicizzazione dei file Baloo.

Per attivare il servizio aprire il menù Menù K → Impostazioni → Impostazioni di sistema → Spazio di lavoro → Ricerca → Ricerca file e spuntare la voce Abilita la ricerca nei file.

Per una ricerca più approfondita nel sistema, utile sopratutto usando l'applicazione grafica KFind, spuntare le voci Indicizza anche i contenuti dei file e/o Indicizza file e cartelle nascosti.

Ulteriori risorse

• Sito ufficiale

• Aiuto della community (in inglese)

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