Linux Btrfs文件系统之快照与 send/receive

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Btrfs 快照 + send/receive = 强大的备份与同步系统。本篇讲清快照原理、send/receive 流程、增量备份、与 snapper 的集成。

一、快照是什么？

Btrfs 快照 = subvolume 的只读或可写引用副本。

原始 subvolume: /mnt/data
  引用 extent: A, B, C

快照 /mnt/data@2024-01-01:
  引用 extent: A, B, C（共享，不复制）

修改 /mnt/data（覆盖 extent B）：
  /mnt/data → A, B', C
  /mnt/data@2024-01-01 → A, B, C（保留旧 B）

关键点：

• • 创建瞬时（O(1)）
• • 不复制数据
• • 不需要预分配空间
• • 可以无限创建

二、创建快照

2.1 可写快照

# 创建一个可写快照
$ btrfs subvolume snapshot /mnt/data /mnt/data-new
Create snapshot of '/mnt/data' in '/mnt/data-new'

# 验证
$ btrfs subvolume list /mnt
ID 256 gen 8 top level 5 path data
ID 350 gen 10 top level 5 path data-new

2.2 只读快照

# 创建只读快照（推荐用于备份）
$ btrfs subvolume snapshot -r /mnt/data /mnt/snapshots/data@2024-01-01
Create readonly snapshot of '/mnt/data' in '/mnt/snapshots/data@2024-01-01'

# 验证
$ btrfs subvolume show /mnt/snapshots/data@2024-01-01
        Name:                   data@2024-01-01
        Flags:                  readonly

2.3 递归快照（多 subvolume）

# 一次性拍多个 subvolume
$ for subvol in @ @home data; do
    btrfs subvolume snapshot -r /mnt/$subvol /mnt/snapshots/${subvol}@$(date +%Y%m%d)
done

三、查看快照

# 列出所有快照
$ btrfs subvolume list -s /mnt
ID 350 gen 10 top level 5 path snapshots/data@2024-01-01
ID 351 gen 12 top level 5 path snapshots/data@2024-01-15

# 看快照占用
$ btrfs subvolume show /mnt/snapshots/data@2024-01-01
        Name:                   data@2024-01-01
        ...
        Snapshot(s):
                                data-new (320M used)

占用 = 与父 subvolume 差异的 extent 大小。

四、回滚（Rollback）

Btrfs 不直接支持 rollback，但可以用以下方法实现：

4.1 替换回滚

# 1. 把快照改名为原 subvolume
$ mv /mnt/data /mnt/data.broken
$ mv /mnt/snapshots/data@2024-01-01 /mnt/data

4.2 在快照上工作

# 1. 拍快照
$ btrfs subvolume snapshot -r /mnt/data /mnt/snapshots/data@before-upgrade

# 2. 升级...

# 3. 失败？用快照替换
$ mv /mnt/data /mnt/data.bad
$ btrfs subvolume snapshot /mnt/snapshots/data@before-upgrade /mnt/data

4.3 启动时回滚

系统盘场景（@ 是根，@home 是 home）：

# 启动进 live USB

# 挂载 Btrfs
$ mount /dev/sda2 /mnt

# 查快照
$ ls /mnt/@/.snapshots/

# 回滚
$ mv /mnt/@ /mnt/@.broken
$ mv /mnt/@/.snapshots/1/snapshot /mnt/@

# 重启

五、send/receive：流式备份

5.1 什么是 send/recv

• • btrfs send：把 subvolume 或快照导出为流（类似 tar 流）
• • btrfs receive：把流导入为新 subvolume
• • 增量：只发送两次快照之间的差异

完整：btrfs send snap1 | btrfs receive /backup
增量：btrfs send -p snap1 snap2 | btrfs receive /backup

5.2 完整发送

# 1. 拍快照
$ btrfs subvolume snapshot -r /mnt/data /mnt/snapshots/data@base

# 2. 发送
$ btrfs send /mnt/snapshots/data@base > /backup/data-full.btrfs

# 或直接接收
$ btrfs send /mnt/snapshots/data@base | btrfs receive /backup

5.3 增量发送

# 1. 拍新快照
$ btrfs subvolume snapshot -r /mnt/data /mnt/snapshots/data@v2

# 2. 增量发送（基于 base）
$ btrfs send -p /mnt/snapshots/data@base /mnt/snapshots/data@v2 | btrfs receive /backup
#                       ^^^^^^ parent snap
#                                              ^^^^^ new snap

接收端必须有 parent 快照，才能做增量。

5.4 远程发送

# 1. 本地拍快照
$ btrfs subvolume snapshot -r /mnt/data /mnt/snapshots/data@2024-01-15

# 2. 发送到远程
$ btrfs send /mnt/snapshots/data@2024-01-15 | ssh backup-server btrfs receive /backup/data
# 或
$ btrfs send /mnt/snapshots/data@2024-01-15 | ssh backup-server "cat > /backup/data-2024-01-15.btrfs"

优势：

• • 网络传输只发差异（增量）
• • 不需要客户端软件（只有 btrfs-progs + ssh）
• • 完全事务性

六、自动化：snapper

6.1 什么是 snapper

snapper 是 openSUSE 开发的 Btrfs 快照管理工具：

• • 自动拍快照
• • 自动清理过期快照
• • 与 btrfs send/recv 配合做远程备份

6.2 安装与初始化

# openSUSE
$ zypper install snapper

# Ubuntu
$ apt install snapper

# 创建配置（针对 / 挂载点）
$ snapper -c root create-config /

# 看
$ snapper list-configs
Config | subvolume
-------+----------
root   | /

6.3 自动拍快照

# 手动拍
$ snapper -c root create --description "before upgrade"

# 时间线快照（snapper 自动）
$ snapper -c root create --command "yum update" --description "system update"

# 看
$ snapper -c root list
 # | Type   | Pre # | Date                     | User | Cleanup | Description
---+--------+-------+--------------------------+------+---------+--------------------
0  | single |       |                          | root |         | current
1  | single |       | 2024-01-15 03:00:01      | root |         | before upgrade

6.4 自动清理

# /etc/snapper/configs/root
TIMELINE_CREATE="yes"
TIMELINE_CLEANUP="yes"
TIMELINE_MIN_AGE="1800"  # 30 分钟
TIMELINE_LIMIT_HOURLY="10"
TIMELINE_LIMIT_DAILY="10"
TIMELINE_LIMIT_WEEKLY="0"
TIMELINE_LIMIT_MONTHLY="10"
TIMELINE_LIMIT_YEARLY="10"

snapper 自动保留：

• • 每小时 10 个
• • 每天 10 个
• • 每月 10 个
• • 每年 10 个

6.5 snapper 与 send/recv

# snapper 配合 btrfs-send 做远程备份
$ snapper -c root send 1 2 3 | ssh backup-server "btrfs receive /backup/root"

实际上手写脚本更灵活。

七、实战：完整备份流程

7.1 本地备份脚本

#!/bin/bash
# /usr/local/bin/btrfs-backup-local.sh

SUBVOL=$1
DEST=$2
SNAP_DATE=$(date +%Y%m%d-%H%M%S)

if [ -z "$SUBVOL" ] || [ -z "$DEST" ]; then
    echo "Usage: $0 <subvol> <dest>"
    exit 1
fi

# 1. 拍快照
btrfs subvolume snapshot -r "/mnt/$SUBVOL" "/mnt/snapshots/${SUBVOL}@${SNAP_DATE}"

# 2. 找最新父快照
LATEST_SNAP=$(ls -1 /mnt/snapshots/${SUBVOL}@* 2>/dev/null | sort | tail -1)

# 3. 发送
if [ -z "$LATEST_SNAP" ]; then
    # 完整
    btrfs send "/mnt/snapshots/${SUBVOL}@${SNAP_DATE}" | btrfs receive "$DEST"
else
    # 增量
    btrfs send -p "$LATEST_SNAP" "/mnt/snapshots/${SUBVOL}@${SNAP_DATE}" | btrfs receive "$DEST"
fi

# 4. 清理 7 天前快照
find /mnt/snapshots -name "${SUBVOL}@*" -mtime +7 -exec btrfs subvolume delete {} \;

7.2 远程备份

#!/bin/bash
# /usr/local/bin/btrfs-backup-remote.sh

SUBVOL=$1
REMOTE=$2  # user@host:/path

SNAP_DATE=$(date +%Y%m%d-%H%M%S)

# 1. 拍快照
btrfs subvolume snapshot -r "/mnt/$SUBVOL" "/mnt/snapshots/${SUBVOL}@${SNAP_DATE}"

# 2. 远程发送
LATEST_SNAP=$(ls -1 /mnt/snapshots/${SUBVOL}@* 2>/dev/null | sort | tail -1)

if [ -z "$LATEST_SNAP" ]; then
    btrfs send "/mnt/snapshots/${SUBVOL}@${SNAP_DATE}" | ssh "${REMOTE%:*}" "btrfs receive ${REMOTE#*:}"
else
    btrfs send -p "$LATEST_SNAP" "/mnt/snapshots/${SUBVOL}@${SNAP_DATE}" | ssh "${REMOTE%:*}" "btrfs receive ${REMOTE#*:}"
fi

7.3 cron 自动化

# /etc/cron.d/btrfs-backup
0 2 * * * root /usr/local/bin/btrfs-backup-remote.sh data backup@backup-nas:/backup/data
0 3 * * * root /usr/local/bin/btrfs-backup-remote.sh home backup@backup-nas:/backup/home

八、send/recv 限制

九、恢复 send/recv 备份

# 1. 接收端：找到快照
$ btrfs subvolume list /backup
# 看 ID 和 path

# 2. 接收回来
$ btrfs send /backup/data@2024-01-15 | btrfs receive /mnt/restored

# 3. 挂载
$ mount -o subvol=restored /dev/sdX /mnt/restored

十、本篇小结

核心要点：

• • 快照 = 引用，不复制（O(1)）
• • send/recv = 流式传输（管道/SSH）
• • 增量需要父快照（接收端必须有）
• • snapper 是 openSUSE 标准做法
• • 跨内核版本要小心兼容