Linux Btrfs文件系统之crub、balance、换盘

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Btrfs 的日常运维核心：scrub 早发现损坏、balance 重分布、换盘 维护冗余。本篇讲清三件套的命令、频率、最佳实践。

一、scrub：自愈核心

1.1 什么是 scrub

btrfs scrub 遍历所有 extent：

scrub 过程中：
  1. 读出 extent 数据
  2. 计算 CRC32C
  3. 与存储的 csum 对比
  4. 不一致 → 修复（用副本）或标记

scrub 跑完后会自动修复不一致的 extent（前提是有冗余）。

1.2 命令

# 启动 scrub
$ btrfs scrub start /mnt

# 看状态
$ btrfs scrub status /mnt
scrub status for /mnt
        scrub started at Sun Jan 15 03:00:00 2024
        status:         running
        duration:       00:15:30
        data_extents_scanned:    5000000
        tree_extents_scanned:    50000
        data_extents_skipped:    0
        data_bytes_scanned:      20.0GiB
        tree_bytes_scanned:      1.0GiB
        read_errors:             0
        verify_errors:           0
        csum_errors:             0
        super_errors:            0
        malloc_errors:           0
        uncorrectable_errors:    0
        unverified_errors:       0
        corrected_erasures:      0
        ...

# 取消
$ btrfs scrub cancel /mnt

# 恢复（暂停的）
$ btrfs scrub resume /mnt

1.3 scrub 频率

原因：scrub 占用 IO，会显著降低 IO 性能（30~50%）。

1.4 自动化 scrub

systemd timer：

# /etc/systemd/system/btrfs-scrub.service
[Unit]
Description=Btrfs scrub

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/sbin/btrfs scrub start /mnt

# /etc/systemd/system/btrfs-scrub.timer
[Unit]
Description=Monthly Btrfs scrub

[Timer]
OnCalendar=monthly
RandomizedDelaySec=4h
Persistent=true

[Install]
WantedBy=timers.target

$ systemctl enable --now btrfs-scrub.timer

cron（传统）：

# /etc/cron.d/btrfs-scrub
0 4 1 * * root /sbin/btrfs scrub start /mnt

1.5 scrub 性能

scrub 性能受限于：

• • 盘数（多盘并行）
• • 盘速（最慢盘决定）
• • CPU（csum 计算）

调整：

# ionice：低优先级
$ ionice -c 3 /sbin/btrfs scrub start /mnt

# nice：低 CPU 优先级（影响不大）
$ nice -n 19 /sbin/btrfs scrub start /mnt

二、balance：数据重平衡

2.1 何时跑 balance

2.2 命令详解

# 基本
$ btrfs balance start /mnt

# 限制使用率
$ btrfs balance start -dusage=80 /mnt
#        ^^^^^^^^^^^ 只平衡使用率 > 80% 的 chunk
#        用法：50 / 80 / 90 ...

# 转 RAID
$ btrfs balance start -dconvert=raid1 /mnt
$ btrfs balance start -dconvert=raid5 /mnt

# 转 metadata
$ btrfs balance start -mconvert=raid1 /mnt

# 暂停
$ btrfs balance pause /mnt

# 恢复
$ btrfs balance resume /mnt

# 取消
$ btrfs balance cancel /mnt

# 状态
$ btrfs balance status /mnt

2.3 balance 性能

balance 写大量新 extent，IO 密集。

# 限制 IO
$ ionice -c 3 btrfs balance start /mnt

# 分批
$ for usage in 80 60 40 20; do
    btrfs balance start -dusage=$usage /mnt
    wait
done

2.4 多久跑一次

不需要每月跑——这是常见误区。

三、换盘

3.1 故障盘识别

# 1. 看文件系统状态
$ btrfs filesystem show /mnt
# 某盘 missing 或 error

# 2. 看设备错误
$ 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

# 错误数 > 0：盘可能有问题

3.2 故障处理流程

# 1. 确认盘坏了（SMART + dmesg）
$ smartctl -a /dev/sdb
$ dmesg | tail

# 2. 移除 missing 盘
$ btrfs device remove missing /mnt
# 或
$ btrfs device remove /dev/sdb /mnt

# 3. 物理换新盘

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

# 5. balance 重建数据
$ btrfs balance start -dusage=0 /mnt

# 6. scrub 验证
$ btrfs scrub start /mnt

3.3 在线 replace

# 一步搞定（旧盘 → 新盘）
$ btrfs replace start /dev/sdb /dev/sdb_new /mnt

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

# 取消
$ btrfs replace cancel /mnt

注意：

• • btrfs replace 在较新的内核中才有（≥ 4.18 推荐）
• • 旧内核用 add + balance + remove 流程

四、scrub + balance + replace 组合实战

场景 1：定期维护

# 每月 1 号 4 点跑 scrub
$ /sbin/btrfs scrub start /mnt

# 看状态
$ btrfs scrub status /mnt
# 跑完会自动结束

场景 2：加盘扩容

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

# 2. balance（让数据分布到新盘）
$ btrfs balance start -dusage=0 /mnt

# 3. 看进度
$ btrfs balance status /mnt

# 4. 完成后跑 scrub 验证
$ btrfs scrub start /mnt

场景 3：换盘

# 1. replace（一步）
$ btrfs replace start /dev/sdb /dev/sdb_new /mnt

# 2. 监控
$ btrfs replace status /mnt

# 3. 跑 scrub
$ btrfs scrub start /mnt

五、监控与告警

5.1 关键指标

5.2 智能告警脚本

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

MOUNT=$1
STATE=$(btrfs device stats -c $MOUNT 2>/dev/null)

# 1. 看是否有设备错误
for dev in $(ls /sys/fs/btrfs/*/devices/ 2>/dev/null); do
    ERRORS=$(cat $dev/error_count 2>/dev/null)
    if [ "$ERRORS" -gt 0 ]; then
        echo "ALERT: device $(basename $dev) has $ERRORS errors"
        # mail -s "Btrfs Error" root
    fi
done

# 2. 容量检查
USED=$(btrfs filesystem usage -b $MOUNT 2>/dev/null | grep "Used:" | awk '{print $2}' | head -1)
TOTAL=$(btrfs filesystem usage -b $MOUNT 2>/dev/null | grep "Device size" | awk '{print $3}' | head -1)
PCT=$((USED * 100 / TOTAL))
if [ "$PCT" -gt 90 ]; then
    echo "ALERT: $MOUNT is $PCT% full"
fi

5.3 长期监控工具

• • btrfsmaintenance（SUSE）：自动 balance / scrub / trim
• • snapper（SUSE）：自动快照 + 清理
• • 自定义 Prometheus exporter（自建）

六、defragment 整理碎片

# 看碎片情况
$ filefrag -v /mnt/data/bigfile | head

# 整理
$ btrfs filesystem defragment /mnt/data/bigfile

# 递归
$ btrfs filesystem defragment -r /mnt/data

# 同时压缩
$ btrfs filesystem defragment -r -czstd /mnt/data

注意：defragment 写时复制，会消耗空间。一般 不需要跑。

七、SSD trim

# 启用 mount 选项
# /etc/fstab
UUID=...  /mnt  btrfs  subvol=@,compress=zstd,discard,defaults  0 0
#                                                ^^^^^^^ 自动 trim

# 或手动
$ fstrim /mnt

八、本篇小结

运维口诀：

• • 每月 scrub（早发现损坏）
• • 加盘必 balance（数据分布）
• • 故障盘早换（等真坏了就完了）
• • 容量监控 ≥ 90%（及时扩容）
• • SMART 监控（提前预警）