Das Btrfs-Dateisystem

Das Linux-Betriebssystem unterstützt eine Vielzahl von Dateisystemen. In diesem Artikel werden wir die Vor- und Nachteile der Verwendung des Btrfs-Dateisystems diskutieren.

Inhalt

Was ist das Btrfs-Dateisystem?

Btrfs ist ein relativ neues Dateisystem für UNIX-ähnliche Betriebssysteme, das viele moderne Funktionen bietet und gleichzeitig eine hohe Leistung bietet.

Das Btrfs-Dateisystem wurde ursprünglich als Alternative zu ZFS entwickelt. Der Grund dafür ist, dass ZFS von Sun Microsystems entwickelt wird und daher auf proprietärer Basis verteilt wird. Dies widerspricht der Linux-Philosophie, die kostenlos verfügbar ist. Das Hauptziel war es, die vielen Schwächen der Linux-Dateisysteme zu überbrücken und die Verwaltung von Btrfs so einfach wie möglich zu gestalten.

Die erste Version des Btrfs-Dateisystems stammt aus dem Jahr 2007. Es wurde von Oracle eingeführt. Wie viele andere Dateisysteme verwendete Btrfs Blockadressen zur Speicherung von Informationen. Die Metadatenstruktur, die Blockadressen speichert, war jedoch in Form von B-Bäumen organisiert.

Die wichtigste Innovation war, dass bei Änderungen an der Datei nicht die gesamte Datei geändert wird, sondern nur der Teil, der die Änderungen enthält.

Die Verwendung des B-Baums ermöglicht die Implementierung der „Copy-on-Write„-Methode, die auf der Verwendung einer Kopie aller Datenblöcke beim Lesen von Informationen basiert. Durch diesen Ansatz wird die Leistung des Dateisystems erheblich verbessert. In einigen Fällen ist es sogar schneller als in Ext4. Eine solche Struktur ermöglicht es auch, Snapshots des Dateisystems ohne Leistungsverlust zu erstellen.

Das Btrfs-Dateisystem wird heute aktiv weiterentwickelt, und immer häufiger gibt es im Internet Nachrichten über die Möglichkeit, Btrfs anstelle von Ext4 in neuen Linux-Distributionen zu verwenden. Aus diesem Grund erhält dieses Dateisystem sowohl bei Fachleuten als auch bei regulären Linux-Benutzern immer mehr Aufmerksamkeit.

Die Funktionen des Btrfs-Dateisystems

Die Struktur der B-Bäume ermöglicht es den Entwicklern, viele moderne Funktionen einzuführen, die beispielsweise in Ext4 fehlen. Zu den wichtigsten gehören:

1) Die maximale schreibbare Dateigröße hat sich deutlich erhöht. Jetzt beträgt sie 16 Exabytes (anstelle von 1 Exabyte in Ext4);

2) Die Möglichkeit, Snapshots ohne Leistungsverlust zu erstellen. Benutzer können jetzt Lese- oder Schreib-Snapshots erstellen;

3) Möglichkeit, die Integrität des Dateisystems zu überprüfen, ohne es auszuhängen. In Btrfs wird die Integritätsprüfung mit wenigen Befehlen durchgeführt;

4) Es gibt einen neuen Hintergrundprozess, dessen Hauptaufgabe es ist, Fehler zu erkennen und zu beheben. Derselbe Prozess defragmentiert und dedupliziert Daten automatisch;

5) Die Anzahl der Inodes wird dynamisch zugewiesen. Das bedeutet, dass Sie niemals in die Situation kommen werden, dass Sie auf einer Festplatte freien Speicherplatz haben, aber aufgrund eines Mangels an freien Inodes keine Datei erstellen können.

6) Verwendung von Checksums für Daten und Metadaten. Der crc32-Algorithmus wird verwendet, um sie zu berechnen. Dieser Ansatz ermöglicht es, Blockbeschädigungen schnell zu erkennen;

7) Btrfs ist vollständig für die Installation und Arbeit auf SSDs optimiert. Der Laufwerkstyp wird automatisch erkannt und die entsprechenden Dateisystemparameter werden angewendet;

8) Es ist jetzt möglich, komplexe Multi-Disk-Konfigurationen zu implementieren. Das heißt, jetzt können Sie einige Analogien von RAID 0, 1, 5, 6 oder 10 mit den Möglichkeiten des Dateisystems erstellen. Die Stufen 5 und 6 befinden sich noch im experimentellen Stadium. In Zukunft ist auch geplant, Redundanz für einzelne Dateien und Ordner zu implementieren.

9) Komprimierung wird unterstützt. Hierfür werden Zlib und LZO verwendet;

10) Untervolumenunterstützung;

Die Entwickler haben viel Arbeit in Btrfs gesteckt. Dies hat es ihnen ermöglicht, ein ziemlich effizientes Dateisystem zu erstellen, das bereits in vielen Linux-Distributionen auf experimenteller Ebene implementiert wurde. Somit besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Btrfs bald dauerhaft in Linux verwendet wird.

Die Struktur des Btrfs-Dateisystems

Die Struktur des Btrfs-Dateisystems unterscheidet sich etwas von herkömmlichen Dateisystemen. Schematisch sieht es etwa so aus:

Dieses Schema sollte von unten nach oben betrachtet werden. Zunächst sehen wir die Speicherblöcke, die das Dateisystem in der entsprechenden Reihenfolge zugewiesen hat. Danach werden sie zu einem logischen Adressraum kombiniert. Auf dieser Ebene wird jedem Block also eine Adresse zugewiesen.

Dann werden Metadaten und Extents verwendet, die auf logischer Ebene adressiert werden. Auf dieser Ebene wird auch Redundanz implementiert (eine Art von RAID 0, 1, 5, 6, 10).

Die vorletzte Ebene sind Subvolumes. Auf dieser Ebene erfolgt die Kapselung der unteren Schichten. Es ermöglicht, die Daten so anzuzeigen, wie wir es alle gewohnt sind – als Dateien und Ordner.

Die oberste Ebene ist, wo sich die Benutzerdaten bereits in normaler Form befinden.

Erfahrenere Benutzer haben vielleicht bemerkt, dass Btrfs keinen Superblock oder andere vertraute Dateisystemelemente verwendet. Der Grund dafür ist, dass es den freien Festplattenspeicher besser nutzt und die Leistung des Dateisystems verbessert.

Trotz aller Vorteile des Btrfs-Dateisystems hat es einige Nachteile. Diese werden im nächsten Absatz dieses Artikels diskutiert.

Die Hauptnachteile des Btrfs-Dateisystems

Die meisten Vorteile des Btrfs-Dateisystems wurden bereits im zweiten Absatz dieses Artikels als Innovationen erwähnt. Es macht also keinen Sinn, sie ein zweites Mal aufzuzählen. Wir möchten uns auf die Hauptnachteile von Btrfs konzentrieren, von denen es auch ziemlich viele gibt:

Hoher Grad an Datenfragmentierung – tritt aufgrund der Verwendung der „Copy-on-Write“-Technologie auf. Am häufigsten tritt dies auf, wenn eine große Anzahl kleiner Datenblöcke überschrieben wird.
Aktive Entwicklung – obwohl das Btrfs-Dateisystem ziemlich stabil ist, fügt es regelmäßig neue Funktionen hinzu oder aktualisiert alte aufgrund der aktiven Entwicklung. Dies kann zu Problemen und potenziellem Datenverlust führen. In einigen Fällen können nach dem Upgrade unterschiedlicher Funktionen des Dateisystems die Programme, die sie verwendet haben, falsch funktionieren.
Zu wenig Dokumentation – obwohl das Btrfs-Dateisystem vor über einem Jahrzehnt veröffentlicht wurde (tatsächlich ist es nur ein Jahr jünger als Ext4), gibt es derzeit nicht viel Dokumentation. Daher können Benutzer Fragen haben, die nicht leicht zu beantworten sind.
Zum Arbeiten mit Snapshots ist es besser, ein spezielles Dienstprogramm zu verwenden, da die Verwendung der Standard-Linux-Funktionalität nicht immer korrekt funktioniert und zu Datenkorruption führen kann.

Obwohl es mehr Vorteile als Nachteile gibt, empfehlen wir Ihnen, sorgfältig zu überlegen, bevor Sie das Btrfs-Dateisystem verwenden. Es wird viele Probleme in der Zukunft vermeiden.

Wiederherstellungsfunktionen des Btrfs-Dateisystems

Im zweiten Absatz dieses Artikels haben wir die Arbeit mit Subvolumes und Metadaten kurz erwähnt. Schauen wir uns diese Prozesse genauer an.

Zunächst sollte erwähnt werden, dass die Möglichkeit, mehrere Festplatten zu einem logischen Raum zu kombinieren (eine Art LVM-Analogon), sowohl für Metadaten als auch für Subvolumes Spiegelung ermöglicht. Diese Option ist bei der Erstellung des Dateisystems konfigurierbar.

Der Punkt ist jedoch folgender: Wenn der Benutzer die Spiegelung von Metadaten konfiguriert hat, wird im Falle einer Beschädigung von Dateien oder der Dateisystemstruktur eine der Kopien zur Datenwiederherstellung verwendet. Aber vor allem gibt es aufgrund der Tatsache, dass Metadaten viel kleiner sind als die Benutzerdaten, praktisch keine Leistungsbeeinträchtigung.

Während ein reguläres RAID-1-Array mit halber Geschwindigkeit einer regulären Festplatte schreibt, gibt es mit Btrfs praktisch keine Leistungsbeeinträchtigung.

Zusätzlich zu RAID 1 können alle klassischen RAID-Typen verwendet werden.

Um einen RAID-Typ für Ihre Subvolumes auszuwählen, lesen Sie den Artikel „Was sind RAID-Arrays und wie verwendet man sie?“ Dort finden Sie viele nützliche Informationen zu diesem Thema.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Verwendung von Prüfsummen für Benutzerdaten und Metadaten. Beim Lesen einer Datei analysiert Btrfs sie ständig und stellt automatisch Informationen wieder her, falls es zu geringsten Abweichungen mit einer der Metadatenkopien kommt.

Das Btrfs-Dateisystem ermöglicht somit eine effektive Erkennung von versteckten Schäden und die Reparatur beschädigter Dateien.

Wie öffnet man ein Btrfs-Laufwerk in Windows?

Es ist nicht ungewöhnlich, dass Linux-Benutzer ein Flash-Laufwerk oder eine externe Festplatte in einem Windows-Betriebssystem öffnen müssen – von einfachem Dateikopieren bis hin zu spezifischeren Aufgaben. Aber in jedem Fall wird beim Anschließen eines Laufwerks mit dem Btrfs-Dateisystem ein Fehler angezeigt.

Der Grund dafür ist, dass Windows standardmäßig nur drei Dateisystemtypen erkennen kann: NTFS, FAT (16, 32) und exFAT. Es versteht nicht alle anderen.

Es gibt jedoch mehrere relativ einfache Möglichkeiten, ein Btrfs-Laufwerk in Windows zu öffnen.

Der erste (und korrekteste) Weg ist die Verwendung des Programms RS Partition Recovery. Alles, was Sie tun müssen, ist das Programm zu installieren. Dann können Sie sofort mit dem Btrfs-Laufwerk arbeiten. Alles ist sehr einfach.

RS Partition Recovery ist sehr einfach zu bedienen und erfordert nicht viele Computerressourcen.

Aber am wichtigsten ist, dass RS Partition Recovery Ihnen ermöglicht, verlorene Daten wiederherzustellen. Wenn Sie versehentlich eine wichtige Datei löschen oder ein Laufwerk formatieren, können Sie wichtige Informationen ohne Probleme wiederherstellen.

Zusätzlich unterstützt RS Partition Recovery ALLE modernen Dateisysteme, sodass Sie fast jedes Laufwerk in Windows öffnen können. Unabhängig vom Dateisystemtyp.

All dies macht das Programm RS Partition Recovery zu einem universellen Werkzeug, das im Arsenal jedes Benutzers vorhanden sein sollte.

Der zweite Weg besteht darin, einen speziellen Treiber zu installieren, der das Btrfs-Dateisystem liest. Derzeit gibt es zwei Treiber von verschiedenen Herstellern, WinBtrfs und Btrfs for Windows.

Beide Treiber funktionieren, wenn auch mit geringer Geschwindigkeit. Aber der Hauptnachteil dieser Methode ist, dass diese Treiber oft mit den Windows-Gerätetreibern in Konflikt geraten.

Daher enden Benutzer oft statt der Unterstützung des Btrfs-Dateisystems mit einem nicht funktionsfähigen Windows. Außerdem ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Treiberkonflikt dazu führt, dass das System mit einem Btrfs-Laufwerk nicht funktioniert und die Daten beschädigt werden.

Manchmal ist es wirklich schwer, die Windows-Funktionalität wiederherzustellen, und die letzte Lösung besteht darin, Windows vollständig neu zu installieren. In der Regel führt dies zum Datenverlust auf dem C:-Laufwerk.

Deshalb empfehlen wir die Verwendung der ersten Methode, da sie effizienter und sicherer ist.

Die besten Alternativen zum Btrfs-Dateisystem?

Obwohl das Btrfs-Dateisystem eine hohe Leistung bietet und alle modernen Funktionen hat, haben viele Menschen immer noch Angst, es zu verwenden, mit der Argumentation, dass Zuverlässigkeit viel wichtiger ist als Leistung.

Es ist erwähnenswert, dass Btrfs heute ziemlich zuverlässig ist und auf vielen Linux-Distributionen auf Testebene hinzugefügt wurde. Wenn Sie dennoch nicht überzeugt sind, dann ist die beste Alternative zu Btrfs für den Heimgebrauch das Ext4.

Es ist zeitgetestet und jeder weiß, was zu erwarten ist. Aber Sie müssen viele moderne Funktionen opfern, einschließlich einiger der Sicherheitsfunktionen, die Btrfs hat.

Wenn es um einen Server geht, ist das beste Alternative das ZFS-Dateisystem. In diesem Fall müssen Sie jedoch viele Befehle und Dienstprogramme erlernen, um es zu verwenden. Andernfalls können Sie es nicht vollständig nutzen.

Sie sollten also alle Optionen sorgfältig abwägen, um diejenige auszuwählen, die am besten zu Ihren Bedürfnissen passt.

Wir hoffen, dass wir es Ihnen so einfach wie möglich gemacht haben, ein Dateisystem auszuwählen, das Sie verwenden können.

Häufig gestellte Fragen

Ja. Ab heute ist das Btrfs-Dateisystem vollständig stabil und einsatzbereit. Wenn man seinen aktuellen Zustand betrachtet, sind die Gerüchte über seine Verwendung in zukünftigen Versionen von Linux-Distributionen wahr.

Wenn Ihnen die Höchstgeschwindigkeit wichtig ist und Sie moderne Dateisystemfunktionen voll ausnutzen möchten, ist Btrfs die richtige Wahl. Wenn Sie jedoch Angst haben, ein neues, noch nicht ganz ausgereiftes Ökosystem zu verwenden, und wenn Sie an Stabilität interessiert sind, wählen Sie Ext4.

Verwenden Sie das Programm RS Partition Recovery. Es ermöglicht Ihnen, Daten wiederherzustellen, die aufgrund versehentlicher Löschung, Laufwerksformatierung, beschädigtem Dateisystem auf der Festplatte usw. verloren gegangen sind. Darüber hinaus ermöglicht RS Partition Recovery Ihnen, mit Daten auf Btrfs-Laufwerken zu arbeiten.

Einer der Hauptnachteile des Btrfs-Dateisystems ist ein hoher Grad an Fragmentierung, eine geringe Dokumentation sowie ständige Änderungen, die Auswirkungen auf Anwendungen haben können, die die Funktionalität des Dateisystems nutzen.

Es ist am besten, das Programm RS Partition Recovery zu verwenden, da verschiedene Treiber wie WinFS und Btrfs für Windows mit Windows-Treibern in Konflikt geraten können, was zum Verlust wichtiger Daten anstatt zur Unterstützung von Btrfs führen kann.