Btrfs 和 LVM-ext4 该如何选择？

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  RAID5 、 RAID6 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。