其次，存在与数据完整性相关的特征。当系统面临不可预测的硬件故障时，Btrfs使用COW事务技术来保证文件系统的一致性。btrfs还支持校验和以避免静默腐败的发生。传统的文件系统无法做到这一点。
第三是与多设备管理相关的功能。 Btrfs 支持创建快照和克隆。btrfs还可以轻松管理多个物理设备，使传统的卷管理软件变得多余。
最后，还有其他难以分类的属性。这些功能都是比较先进的技术，可以显着提升文件系统的时间/空间性能，包括延迟分配、小文件存储优化、目录索引等。
可扩展性相关功能
B 树
btrfs文件系统中的所有metad数据均由BTree管理。使用 BTree 的主要好处是搜索、插入和删除操作都很高效。可以说BTree是btrfs的核心。
一味地吹嘘 BTree 非常好、高效可能没有说服力，但是如果你花一点时间看看 ext2/3 中元数据管理的实现，就可以凸显出 BTree 的优点。
阻碍 ext2/3 的可扩展性的一个问题来自于其目录的组织方式。目录是一种特殊的文件，其内容是ext2/3中的线性表。如图1-1[6]所示：
图 1. ext2 目录 [6]
FS Tree管理文件相关的元数据，如inode、dir等； Chunk Tree管理设备，每个磁盘设备在Chunk Tree中都有一个item；扩展树管理磁盘空间分配。btrfs每分配一块磁盘空间，就会将磁盘空间信息插入到Extent树中。查询Extent Tree会得到空闲磁盘空间信息；树根Tree保存了许多BTree的根节点。例如，用户每次创建快照时，btrfs都会创建一个FS Tree。为了管理所有的树，btrfs使用树根Tree来保存所有树的根节点； checksum Tree保存数据块的校验和。
基于范围的文件存储
许多现代文件系统使用范围而不是块来管理磁盘。范围是连续块的数量。范围由起始块加上长度来定义。
Extent可以有效减少元数据开销。为了进一步理解这个问题，我们来看一下ext2中的反面例子。
ext2/3以块为基本单位，将磁盘划分为多个块。为了管理磁盘空间，文件系统需要知道哪些块是空闲的。 Ext 使用位图来实现此目的。位图中的每一位对应于磁盘上的一个块。当分配相应的块时，位图中相应的位被设置为1。这是一个非常经典且清晰的设计，但不幸的是当磁盘容量增加时，位图本身占用的空间也会增加。这会导致可扩展性问题。随着存储设备容量的增大，位图元数据占用的空间也随之增大。人们希望无论磁盘容量如何增加，元数据都不要线性增加，这样的设计才能具有可扩展性。
下图比较了block和extent的区别：
图3. 使用范围的btrfs和使用位图的ext2/3
在ext2/3中，10个块需要10位来表示；在btrfs中，只需要一种元数据。对于大文件，extent 显示出更好的管理性能。
Extent是btrfs管理磁盘空间的最小单位，通过extent树来管理。 Btrfs 分配数据或元数据，需要查询范围树来获取可用空间信息。
动态索引节点分配
为了理解动态inode分配，你仍然需要使用ext2/3。下表列出了 ext2 文件系统的限制：
表 1. ext2 限制
图 4 显示了 ext2 的磁盘布局：
图 4. ext2 布局
在ext2中，inode区域是预先分配的并且具有固定的大小。例如，在100G的分区中，inode表区域只能存储131072个inode。这意味着不可能创建超过131072个文件，因为每个文件都必须有一个唯一的inode。
为了解决这个问题，必须动态分配inode。每个 inode 只是 BTree 中的一个节点。用户可以无限制地插入新的inode，其物理存储位置是动态分配的。所以，btrfs对于文件的数量是没有限制的。
优化支持 SSD
undefinedundefinedCOW事务可以保证文件系统的一致性，系统Reboot后无需执行fsck。因为超级块要么指向新的A''，要么指向A，以相同数据为准。
校验和
校验和技术确保数据可靠性并避免无声损坏。由于硬件原因，从磁盘读取的数据会不正确。例如A块存储的数据是0x55，但是读取到的数据变成了0x54。由于读操作不会报错，因此上层软件无法检测到这个错误。
解决这个问题的方法是保存数据的校验和，读取数据后检查校验和。如果不匹配，您就知道数据有问题。
ext2/3 没有校验和，并且完全信任磁盘。不幸的是，磁盘错误始终存在，不仅在廉价的 IDE 硬盘上，而且昂贵的 RAID 也存在静默损坏问题。而且随着存储网络的发展，即使从磁盘中正确读取数据，也很难保证能够安全地穿越网络设备。
btrfs在读取数据时读取其对应的校验和。如果最终从磁盘中读取的数据与校验和不同，则btrfs会首先尝试读取该数据的镜像备份。如果数据没有镜像备份，btrfs会返回错误。在将数据写入磁盘之前，btrfs 会计算数据的校验和。然后校验和和数据同时写入磁盘。
Btrfs使用单独的校验和树来管理数据块的校验和，将校验和与受校验和保护的数据块分开，从而提供更严格的保护。如果在每个数据块的头部添加一个字段来保存校验和，那么这个数据块就变成了一个保护自身的结构。在这种结构下存在无法检测到的错误。例如，文件系统原本要从磁盘读取块A，但返回了块B。由于校验和在块内部，因此校验和仍然是正确的。btrfs使用校验树来保存数据块的校验和，避免了上述问题。
Btrfs 使用 crc32 算法 来计算校验和，并且在未来的开发中将支持其他类型的校验算法。为了提高效率，btrfs使用不同的内核线程并行执行写入数据和校验和的工作。
与多设备管理相关的功能
每个 Unix 管理员都面临着为用户和各种应用程序分配磁盘空间的任务。大多数情况下，人们无法提前准确估计用户或应用程序将来需要多少磁盘空间。经常会发生磁盘空间耗尽的情况，必须尝试增加文件系统空间。传统的ext2/3无法满足这种需求。
许多卷管理软件都是为了满足用户多设备管理的需求而设计的，例如LVM。 Btrfs 集成了卷管理软件的功能，一方面简化了用户命令；另一方面提高了效率。
多设备管理
Btrfs 支持动态添加设备。用户在系统中添加新的磁盘后，可以使用btrfs命令将该设备添加到文件系统中。
为了灵活利用设备空间，Btrfs 将磁盘空间划分为多个 chunk。每个块可以使用不同的磁盘空间分配策略。例如，有些块仅存储元数据，有些块仅存储数据。一些块可以配置为镜像，而其他块可以配置为条带。这为用户提供了非常灵活的配置可能性。
子音量
子体积是一个非常优雅的概念。即将文件系统的一部分配置为完整的子文件系统，称为子卷。
使用子卷，可以将一个大文件系统划分为多个子文件系统。这些子文件系统共享底层设备空间，并在需要磁盘空间时从底层设备分配，类似于应用程序调用 malloc() 分配内存。可以称为存储池。该模型具有充分利用磁盘带宽、简化磁盘空间管理等优点。
所谓充分利用磁盘带宽，是指文件系统可以并行读写多个底层磁盘。这是因为每个文件系统都可以访问所有磁盘。传统文件系统无法共享底层磁盘设备，无论是物理还是逻辑，因此无法实现并行读写。
undefinedundefined但是，btrfs使用BTree来管理目录项的方式并不能同时满足readdir的需求。 readdir 是 POSIX 标准 API，要求返回指定目录下的所有文件，特别是这些文件必须按 inode 编号排序。当btrfs目录项插入BTree时，Key不是Inode号，而是根据文件名计算出的哈希值。这种方法在搜索特定文件时非常高效，但不适合readdir。为此，btrfs每次创建新文件时，除了插入以哈希值作为Key的目录项外，还插入另一个目录项索引。目录项索引的KEY使用序列号作为BTree的键值。每次创建新文件时，该序列号都会线性增加。由于每次创建新文件时，索引节点号也会递增，因此序列号和索引节点号的顺序相同。使用这个序列号作为KEY在BTree中搜索，可以轻松得到按inode号排序的文件列表。
另外，按序号排序的文件在磁盘上往往是相邻的，因此按序号顺序访问大量文件会获得更好的IO效率。
压缩
大家都用过zip、winrar等压缩软件。压缩大文件可以有效节省磁盘空间。 Btrfs 具有内置压缩功能。
通常人们认为在将数据写入磁盘之前进行压缩会占用大量的CPU计算时间，这必然会降低文件系统的读写效率。然而，随着硬件技术的发展，CPU处理时间与磁盘IO时间的差距不断拉大。在某些情况下，需要消耗一定的CPU时间和一些内存，但是可以大大节省磁盘IO量，进而可以提高整体效率。
很多应用程序有预先分配磁盘空间的需要。他们可以通过 posix_fallocate 接口告诉文件系统在磁盘上预留一部分空间，但暂时并不写入数据。如果底层文件系统不支持 fallocate，那么应用程序只有使用 write 预先写一些无用信息以便为自己预留足够的磁盘空间。
由文件系统来支持预留空间更加有效，而且能够减少磁盘碎片，因为所有的空间都是一次分配，因而更有可能使用连续的空间。 Btrfs 支持 posix_fallocate 。
总结
至此，我们对 btrfs 的很多特性进行了较为详细的探讨，但 btrfs 能提供的特性却并不止这些。 btrfs 正处于试验开发阶段，还将有更多的特性。
Btrfs 也有一个重要的缺点，当 BTree 中某个节点出现错误时，文件系统将失去该节点之下的所有的文件信息。而 ext2/3 却避免了这种被称为”错误扩散”的问题。
但无论怎样，希望您和我一样，开始认同 btrfs 将是 Linux 未来最有希望的文件系统。
BTRFS 使用简介
了解了 btrfs 的特性，想必您一定想亲身体验一下 btrfs 的使用。本章将简要介绍如何使用 btrfs 。
创建文件系统
mkfs.btrfs 命令建立一个 btrfs 格式的文件系统。可以用如下命令在设备 sda5 上建立一个 btrfs 文件系统，并将其挂载到 /btrfsdisk 目录下：
这样一个 Btrfs 就在设备 sda5 上建立好了。值得一提的是在这种缺省情况下，即使只有一个设备，Btrfs 也会对 metadata 进行冗余保护。如果有多个设备，那么您可以在创建文件系统的时候进行 RAID 设置。详细信息请参见后续的介绍。
这里介绍其他几个 mkfs.btrfs 的参数。
Nodesize 和 leafsize 用来设定 btrfs 内部 BTree 节点的大小，缺省为一个 page 大小。但用户也可以使用更大的节点，以便增加 fanout，减小树的高度，当然这只适合非常大的文件系统。
Alloc-start 参数用来指定文件系统在磁盘设备上的起始地址。这使得用户可以方便的预留磁盘前面的一些特殊空间。
Byte-count 参数设定文件系统的大小，用户可以只使用设备的一部分空间，当空间不足时再增加文件系统大小。
修改文件系统的大小
当文件系统建立好之后，您可以修改文件系统的大小。 /dev/sda5 挂载到了 /btrfsdisk 下，大小为 800M 。假如您希望只使用其中的 500M，则需要减小当前文件系统的大小，这可以通过如下命令实现：
同样的，您可以使用 btrfsctl 命令增加文件系统的大小。
创建 Snapshot
下面的例子中，创建快照 snap1 时系统存在 2 个文件。创建快照之后，对 test1 的内容进行修改。再回到 snap1，打开 test1 文件，可以看到 test1 的内容依旧是之前的内容。
可以从上面的例子看到，快照 snap1 保存的内容不会被后续的写操作所改变。
创建 subvolume
使用 btrfs 命令，用户可以方便的建立 subvolume 。假设 /btrfsdisk 已经挂载到了 btrfs 文件系统，则用户可以在这个文件系统内创建新的 subvolume 。比如建立一个 /sub1 的 subvolume，并将 sub1 挂载到 /mnt/test 下：
Subvolme 可以方便管理员在文件系统上创建不同用途的子文件系统，并对其进行一些特殊的配置，比如有些目录下的文件关注节约磁盘空间，因此需要打开压缩，或者配置不同的 RAID 策略等。目前 btrfs 尚处于开发阶段，创建的 subvolme 和 snapshot 还无法删除。此外针对 subvolume 的磁盘 quota 功能也未能实现。但随着 btrfs 的不断成熟，这些功能必然将会进一步完善。
创建 RAID
mkfs 的时候，可以指定多个设备，并配置 RAID 。下面的命令演示了如何使用 mkfs.btrfs 配置 RAID1 。 Sda6 和 sda7 可以配置为 RAID1，即 mirror 。用户可以选择将数据配置为 RAID1，也可以选择将元数据配置为 RAID1 。
将数据配置为 RAID1，可以使用 mkfs.btrfs 的 -d 参数。如下所示：
添加新设备
当设备的空间快被使用完的时候，用户可以使用 btrfs-vol 命令为文件系统添加新的磁盘设备，从而增加存储空间。下面的命令向 /btrfsdisk 文件系统增加一个设备 /sda
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