Linux Btrfs文件系统之多设备与扩容

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Btrfs 的多设备管理与 LVM/ZFS 思路不同——没有 zpool / VG 概念，所有设备都属于同一个文件系统。本篇讲清 device add/delete/replace/balance 的用法。

一、Btrfs 多设备 vs LVM/ZFS

核心差异：

• • Btrfs 没有"池"概念——mkfs 直接管所有设备
• • 一个文件系统横跨所有设备
• • 加盘 = 扩容该文件系统

二、查看设备

2.1 设备列表

# 1. 看文件系统总览
$ btrfs filesystem show /mnt
Label: 'mydata'  uuid: a1b2c3d4-...
    Total devices 2 FS bytes used 1.20GiB
    devid    1 size 10.00GiB used 1.50GiB path /dev/sdb
    devid    2 size 10.00GiB used 1.50GiB path /dev/sdc

# 2. 看挂载点对应的设备
$ btrfs device stats /mnt
/dev/sdb [/mnt].write_io_errs    0
/dev/sdb [/mnt].read_io_errs     0
/dev/sdb [/mnt].flush_io_errs    0
/dev/sdb [/mnt].corruption_errs  0
/dev/sdb [/mnt].generation_io_errs  0

/dev/sdc [/mnt].write_io_errs    0
...

# 3. 看每个设备的分配
$ btrfs filesystem usage /mnt
Overall:
    Device size:                  20.00GiB
    Device allocated:              3.00GiB
    ...

2.2 设备使用率

# 看每个设备的 used / total
$ btrfs device usage /mnt
/dev/sdb, ID: 1
   Device size:           10.00GiB
   Data,RAID1:            1.00GiB
   Metadata,RAID1:        1.50GiB
   System,RAID1:          8.00MiB
   Unallocated:           7.50GiB

/dev/sdc, ID: 2
   ...

三、加设备

3.1 物理加盘

# 1. 确认盘
$ lsblk /dev/sdc
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sdc    8:32   0  10G  0 disk

# 2. 加到 Btrfs
$ btrfs device add /dev/sdc /mnt
# 或
$ btrfs device add /dev/sdc /mnt -f
#   -f 强制（如果盘有旧数据）

# 3. 验证
$ btrfs filesystem show /mnt
    Total devices 2 FS bytes used 1.20GiB
    devid    1 size 10.00GiB used 1.50GiB path /dev/sdb
    devid    2 size 10.00GiB used 0.00GiB path /dev/sdc

注意：

• • 加盘后不会自动重新分配数据
• • 数据仍按原 profile 存储（如 raid1 用 sdb+sdc 镜像）
• • 想重新平衡需 btrfs balance

3.2 加盘时指定 profile

# 不支持（device add 不能指定 profile）
# profile 在 mkfs 时定
# 加盘后用 balance 转换

四、删除设备

# 1. 移除设备
$ btrfs device remove /dev/sdc /mnt
# 或
$ btrfs device remove missing /mnt   # 移除已失效的盘

# 2. 看进度
$ btrfs balance status /mnt

前提：删除设备时，剩余设备必须有足够空间。

例：

• • 当前：raid1 用 sdb + sdc（每份数据 1 份在 sdb、1 份在 sdc）
• • 删 sdc：剩余 sdb 必须有数据空间
• • 但数据在 sdb 是 1 份，不够 → 删除失败

解决：

# 1. 先转 single
$ btrfs balance start -dconvert=single /mnt

# 2. 再删
$ btrfs device remove /dev/sdc /mnt

五、替换设备

5.1 故障盘替换

# 1. 看状态
$ btrfs filesystem show /mnt
# 某盘 missing 或 error

# 2. 移除 missing
$ btrfs device remove missing /mnt

# 3. 物理换盘

# 4. 加新盘
$ btrfs device add /dev/sdc_new /mnt

# 5. balance 重建数据
$ btrfs balance start -dusage=80 /mnt
#                  ^^^^^^^^^^ 使用率阈值

5.2 在线替换

# 直接替换（先加新盘，移数据到新盘，移完后再删旧盘）
$ btrfs replace start /dev/sdb /dev/sdb_new /mnt

# 看进度
$ btrfs replace status /mnt
# 或
$ btrfs replace status /dev/sdb

注意：btrfs replace 是较新的命令，早期内核可能不支持。回退到 device add/remove + balance 方式。

六、Balance（数据重平衡）

6.1 什么是 balance

btrfs balance 重新分配所有数据到当前设备集，按指定 profile 重新分布。

balance 把数据从：
  - 单盘的 1 份 → 重新分布到 raid1 的多份
  - raid0 → 重新分布到 raid10
  - 不平衡的设备 → 平衡的设备

6.2 命令

# 启动 balance
$ btrfs balance start /mnt

# 启动时指定 profile 转换
$ btrfs balance start -dconvert=raid1 -mconvert=raid1 /mnt

# 启动时限制使用率阈值（只平衡用得多的块）
$ btrfs balance start -dusage=80 /mnt

# 看状态
$ btrfs balance status /mnt

# 取消
$ btrfs balance cancel /mnt

# 暂停
$ btrfs balance pause /mnt

6.3 实战：单盘 → RAID1

# 1. 加盘
$ btrfs device add /dev/sdc /mnt

# 2. balance 转 raid1
$ btrfs balance start -dconvert=raid1 -mconvert=raid1 /mnt
# 时间取决于数据量

# 3. 验证
$ btrfs filesystem df /mnt
Data, RAID1: total=2.00GiB, used=1.20GiB
Metadata, RAID1: total=1.50GiB, used=128.00KiB

6.4 实战：扩容（加新盘）

# 1. 加 2TB 新盘
$ btrfs device add /dev/sde /mnt

# 2. balance（让数据分布到所有设备）
$ btrfs balance start -dusage=50 /mnt
#                   ^^^^^^^ 整理使用率 > 50% 的 chunk

# 3. 验证
$ btrfs filesystem usage /mnt
# 看到所有设备都被使用

6.5 balance 性能

balance 性能受限：

• • 读取：所有设备总和
• • 写入：所有设备总和
• • 业务会受影响（CPU、IO）

建议：

• • 业务低峰跑
• • 用 -dusage=N 限制只平衡用得多的块
• • 用 btrfs balance pause/resume 控速

七、扩容策略

7.1 容量扩张

# 加新设备
$ btrfs device add /dev/sdX /mnt

# 数据会自动分布到新设备
# 或用 balance 强制重新分布
$ btrfs balance start -dusage=0 /mnt

特点：

• • 在线扩容，不需要停机
• • 多个设备自动 stripe
• • 不需要指定 RAID 模式（除非做 balance convert）

7.2 缩减

# 1. 移除设备
$ btrfs device remove /dev/sdb /mnt

# 2. balance（迁移数据到其他设备）
$ btrfs balance start -dusage=0 /mnt

前提：剩余设备必须有足够空间。

7.3 替换大硬盘

# 1. 加新盘
$ btrfs device add /dev/sdb_new /mnt

# 2. balance 平衡到新盘
$ btrfs balance start -dusage=0 /mnt

# 3. 移除旧盘
$ btrfs device remove /dev/sdb /mnt

八、scrub 配合 balance

三者是不同的运维命令：

• • scrub：检查损坏，定期必跑
• • balance：重分布，扩容 / 改 RAID 时跑
• • defragment：整理碎片，性能下降时跑

九、实战案例

案例 1：单盘 → 2 盘 RAID1

# 1. 准备：单盘 /dev/sdb，文件系统已建
$ btrfs filesystem show /mnt
# 1 个设备，data single

# 2. 加新盘
$ btrfs device add /dev/sdc /mnt

# 3. 转 RAID1
$ btrfs balance start -dconvert=raid1 -mconvert=raid1 /mnt

# 4. 监控
$ btrfs balance status /mnt
$ btrfs filesystem df /mnt

案例 2：扩容（4 盘 → 6 盘）

# 当前：4 块 4TB 盘 raid10
# 目标：6 块 4TB 盘 raid10

# 1. 加 2 块新盘
$ btrfs device add /dev/sdf /mnt
$ btrfs device add /dev/sdg /mnt

# 2. balance（重新分布到 6 盘）
$ btrfs balance start -dusage=0 /mnt

案例 3：换盘（故障盘）

# 1. 故障盘识别
$ btrfs device stats /mnt
# 某盘 errors > 0

# 2. 加新盘
$ btrfs device add /dev/sdc_new /mnt

# 3. balance（迁移数据）
$ btrfs balance start -dusage=0 /mnt

# 4. 移除故障盘
$ btrfs device remove /dev/sdc_old /mnt

十、常见问题

1. "no space left on device"（balance 时）

balance 需要临时空间：

# 看可用空间
$ btrfs filesystem df /mnt

# 至少需要 10% 空闲
# 解决：加盘 / 清理数据

2. balance 太慢

# 限制 balance 速度（用后台低优先级）
$ ionice -c 3 btrfs balance start /mnt

# 或用 -dusage 分批
$ btrfs balance start -dusage=80 /mnt
$ btrfs balance start -dusage=50 /mnt

3. device delete 失败

# 看错误
$ btrfs device remove /dev/sdc /mnt
ERROR: error removing device: there is no space

# 解决：balance 转 single 后再删
$ btrfs balance start -dconvert=single /mnt
$ btrfs device remove /dev/sdc /mnt

4. replace 卡住

# 取消
$ btrfs replace cancel /mnt

# 重试
$ btrfs replace start /dev/sdb /dev/sdb_new /mnt

十一、本篇小结

关键点：

• • Btrfs 没有 zpool——文件系统直接管设备
• • 加盘 = 扩容
• • 删盘 = 缩容（需剩余空间够）
• • 改 RAID 模式 = balance 转换
• • 定期 scrub + 必要时 balance