Архитектура Copy-on-Write (CoW) и двухуровневого распределения пространства BTRFS

Файловая система BTRFS (B-tree File System) построена на парадигме Copy-on-Write (CoW) со встроенным пулом накопителей (Multi-device Pooling), поддержкой аппаратных снимков (Subvolumes/Snapshots) и контрольных сумм данных (Data Checksums). Пространство BTRFS разделено на два уровня: физические чанки (Chunks размером по 1 Гб под Data и Metadata) и виртуальные аллокации. Из-за архитектуры CoW и фрагментации чанков BTRFS подвержена специфическим критическим сбоям:

• Ложное переполнение диска (No space left on device / ENOSPC): Команда df -h показывает десятки свободных гигабайт, но при записи возникает ошибка 28 из-за исчерпания аллоцированных метаданных чанков (Metadata Chunks Exhaustion);
• BTRFS: checksum error at logical ...: Детектирование повреждения блоков данных или метаданных при чтении;
• Переход в аварийный Read-Only: Блокировка пула при ошибках целостности деревьев транзакций (B-tree root corruption).

Бизнес-риски

Остановка работы систем виртуализации (Proxmox / Docker / LXC), блокировка хостов резервного копирования, потеря актуальных снапшотов.

Сравнение системных команд обслуживания BTRFS

Регламент обслуживания и восстановления файловой системы BTRFS

Сценарий 1: Решение проблемы «No space left on device» при наличии свободного места

Проверьте реальное распределение чанков данных и метаданных:

# 1. Просмотр детального распределения пула BTRFS:
sudo btrfs filesystem usage /mnt/btrfs-data
# Если в строке Metadata поле 'Free' близко к 0, а 'Unallocated' равно 0 -> чанки заблокированы!

# 2. Выполнение ступенчатой балансировки для уплотнения пустых чанков:
# Начинаем с чанков данных, заполненных менее чем на 10%:
sudo btrfs balance start -dusage=10 /mnt/btrfs-data

# Постепенно увеличиваем порог до 50%:
sudo btrfs balance start -dusage=50 /mnt/btrfs-data

# 3. Балансировка чанков метаданных:
sudo btrfs balance start -musage=50 /mnt/btrfs-data

# 4. Проверка статуса балансировки:
sudo btrfs balance status /mnt/btrfs-data

Сценарий 2: Онлайн-проверка целостности и исправление ошибок через btrfs scrub

# 1. Запуск фоновой проверки всех контрольных сумм (Scrub):
sudo btrfs scrub start /mnt/btrfs-data

# 2. Мониторинг процесса проверки в реальном времени:
sudo btrfs scrub status /mnt/btrfs-data

# 3. При наличии RAID1/RAID10 BTRFS автоматически исправит поврежденные блоки из здорового зеркала!

Сценарий 3: Аварийное монтирование в режиме Read-Only с пропуском CoW (usebackuproot)

Если BTRFS отказывается монтироваться в обычном режиме после краха сервера:

# 1. Монтирование с использованием резервного корня деревьев и очисткой кэша:
sudo mount -o ro,usebackuproot,clear_cache /dev/sda2 /mnt

# 2. Монтирование в экстремальном режиме спасения данных (Recovery):
sudo mount -o ro,rescue=usebackuproot,nologreplay,ignorebadroots /dev/sda2 /mnt

# 3. Снятие бэкапа критических данных на внешний диск.

Сценарий 4: Очистка старых снапшотов Subvolumes

Скрытое пространство часто удерживается забытыми read-only снапшотами:

# 1. Список всех субтомов и снапшотов:
sudo btrfs subvolume list /mnt/btrfs-data

# 2. Удаление старого снапшота:
sudo btrfs subvolume delete /mnt/btrfs-data/.snapshots/snapshot_2025_01

Типовые ошибки администраторов

• Запуск btrfs balance без фильтров: Команда btrfs balance start /mnt без параметров -dusage заставит файловую систему переписать 100% данных на диске, что вызовет многочасовой простой и зависание ввода-вывода.
• Запуск btrfs check --repair без крайней необходимости: Офлайн-восстановитель BTRFS может окончательно удалить поврежденные субтома при сложных сбоях. Используйте его только тогда, когда исчерпаны все варианты монтирования в rescue=.