Slint met BTRFS

In dit artikel schetsen we de unieke eigenschappen van het BTRFS bestandssysteem en hoe een Slint systeem tijdens de installatie wordt geconfigureerd om hiervan te profiteren.

Om dit document niet te overladen met definities, verwijzen we de lezer naar glossary opgenomen in de Slint Manual en specifiek voor btrfs "jargon" naar glossary opgenomen in de documentatie.

Een BTRFS-bestandssysteem bestaat uit een logisch volume dat meerdere blokapparaten (partities of schijven) kan omvatten. Slint wordt in eerste instantie geïnstalleerd op een enkele partitie.

Een subvolume is een onderliggende structuur van bestanden in een volume, waarvan de root kan worden aangekoppeld alsof het een opzichzelfstaand bestandssysteem is. De aan een volume toegewezen ruimte wordt echter ook aan elk van de subvolumes toegewezen: het is daarom niet nodig deze apart aan alle subvolumes toe te wijzen alsof het afzonderlijke partities waren.

Subvolumes kunnen op hetzelfde moment worden gemaakt als het volume (met de opdracht mkfs.btrfs), maar ook later worden toegevoegd of verwijderd met behulp van de btrfs tools.

Als voorbeeld maak je met onderstaande opdrachten het Slint "systeem"-volume en subvolumes in het geval dat BTRFS wordt gebruikt. Hierin is $ROOTNAME is de naam van de partitie waarin Slint wordt geïnstalleerd en $SLINT het aankoppelpunt van het systeemvolume tijdens de installatie.

mkdir /SLINT
SLINT="/SLINT"
mkfs.btrfs -L root $ROOTNAME
mount -o compress=zstd:3,noatime $ROOTNAME $SLINT
btrfs subvolume create $SLINT/@
btrfs subvolume create $SLINT/@home
btrfs subvolume create $SLINT/@swap
umount $SLINT
mount -o subvol=/@,compress=zstd:3,noatime $ROOTNAME $SLINT
mkdir $SLINT/ home
mkdir $SLINT/swap

De $ROOTNAME partitie (aangeduid met het UUID dat we <uuid>noemen) zal dan steeds als Slint wordt gestart drie keer (eenmaal per subvolume) worden aangekoppeld, zoals aangegeven in het bestand /etc/fstab:

UUID=<uuid> /btrfs subvol=/@,compress=zstd:3,noatime 0 0
UUID=<uuid> /home btrfs subvol=/@home,compress=zstd:3,noatime 0 0
UUID=<uuid> /swap btrfs subvol=/@swap,compress=zstd:3,noatime 0 0

Dat geeft bijvoorbeeld (volgens de uitvoer van lsblk /dev/sda5):

Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda5        50G   22G   28G  44% /
/dev/sda5        50G   22G   28G  44% /home
/dev/sda5        50G   22G   28G  44% /swap

We zien dat de ruimte beschikbaar voor het volume (28G) ook beschikbaar is voor elk van de subvolumes. Verder zien we dat met de aankoppel-optie "compress_zstd:3" alle opgeslagen bestanden worden gecomprimeerd door de zstd utility met compressieniveau 3. Dus de grootte van het systeem is ongeveer de helft van die van een ext4-bestandssysteem.

Als we het apparaat aan de root van het volume aankoppelen (zonder vermelding van subvolume) zoals:

mount /dev/sda5 /mnt

we zien dat de subvolumes worden weergegeven als subdirectory’s van /mnt:

ls /mnt
@ @home @swap
ls /mnt/@home/didier
Desktop Documents GNUstep Images Templates Music Audience Downloads Videos

Een ander opmerkelijk kenmerk van BTRFS is "copy-on-write". Bij het bewerken van een bestand worden de wijzigingen naar een andere locatie geschreven, waarbij de metagegevens (die de locatie van alle delen van het bestand) worden bijgewerkt. Zolang er nog steeds naar de vorige gegevens wordt verwezen, blijven deze onaangeroerd.

Dit maakt het heel eenvoudig om snapshots van een BTRFS subvolume te maken: het maken van een nieuw snapshot is "vrij", omdat het heel weinig schijfruimte gebruikt: alleen de metadata - de fysieke locatie van alle delen van bestanden in het subvolume- wordt geschreven en gebeurt bijna direct. De ruimte die door het snapshot wordt gebruikt, zal alleen toenemen als het oorspronkelijke subvolume en het snapshot verschillen Dan zal de snapshot de gegevens ophalen die verwijderd zijn uit origineel. Aan de andere kant zullen de aan het origineel toegevoegde gegevens niet worden opgenomen in het snapshot: met andere woorden, een wijziging van het oorspronkelijke subvolume wijzigt het snapshot niet.

Slint bevat het hulpprogramma absm, waarmee snapshots van het subvolume @ kunnen worden gemaakt. Hierdoor wordt het mogelijk terug te keren naar een eerdere status van het systeem als er een update fout gaat. Hiervoor start je het systeem met dit snapshot dat je selecteerd in het GRUB-opstartmenu. Voor informatie over het gebruik ervan typ je gewoon absm als root of via sudo.

BTRFS controleert ook de integriteit van elk bestand wanneer het wordt geopend met een controlegetal, waardoor het niet nodig is om het bestandssysteem te controleren bij het opstarten van het systeem. Daarnaast controleert de opdracht "btrfs scrub" de integriteit van alle bestanden, met inbegrip van de bestanden die zelden worden gelezen. Standaard wordt door de utility btrfsmaintenance, die in Slint is opgenomen, een keer per week "btrtfs scrub" uitgevoerd.

btrfsmaintenance activeert ook eenmaal per week "btrfs balance". Deze opdracht verdeelt de gegevens over de apparaten als het bestandssysteem zich over meerdere apparaten uitstrekt, maar maakt ook de niet toegewezen ruimte van het bestandssysteem vrij wat met name in het geval van een harde schijf de prestaties van BTRFS verbetert. Lees /usr/doc/btrfsmaintenance*/README.html voor meer informatie over 'btrfsmaintenance`.

Andere nuttige en BTRFS-compatibele tools zijn opgenomen in Slint en hebben allemaal een — help optie en een man page:

  • jdupes detecteert dubbele bestanden en stelt je ongeacht het gebruikte bestandssysteem in staat de vereiste actie te ondernemen

  • btdu maakt het mogelijk om met precisie de plaats van de BTRFS subvolumes en mappen te bepalen

  • 'restic' is een veelzijdig backupprogramma dat voor elk bestandssysteem kan worden gebruikt.

Aanbevelingen.

  • BTRFS heeft ruimte nodig om te zijn werk te kunnen doen. Zorg altijd voor 10-20% vrije ruimte.

  • Sommige tools in het btrfs-tools pakket kunnen gevaarlijk of contraproductief zijn. Gebruik alleen die programma’s waarvan je de werking kent en kijk wanneer je hierover twijfelt op de Slint mailinglijst of op IRC op irc.libera.chat, kanaal #btrfs.

  • Vermijd met name "btrfs filesystem defrag" en vooral niet "btrfs check --repair".

  • Lees voor het gebruik van een commando de bijbehorende man page zorgvuldig (te beginnen met "man btrtfs" die de anderen weergeeft).

  • Zoals met elk bestandssysteem: maak regelmatig back-ups! Dit is meestal de enige manier om je gegevens te herstellen in geval van een hardwarestoring.

Verder:

De indeling van een Slint-systeem aanpassen

Introductie

In dit artikel zien we hoe het Slint installatieprogramma de basisdirectory’s van het systeem organiseert (indeelt) en hoe je die na de installatie kunt aanpassen. Het installatieproces zelf wordt beschreven in hoofdstuk 2: Installatie van het Handboek.

Het installatieprogramma plaatst alle onderstaande directory’s, welke de kern van het systeem vormen, op dezelfde partitie:

bin boot dev etc home lib lib64 media mnt proc root run sbin srv sys usr

Als andere reeds geformatteerde partities tijdens de installatie worden gedetecteerd, stelt het installatieprogramma voor deze aan te koppelen bij het opstarten van het systeem met een door de gebruiker gekozen directory-naam als aankoppelpunt uitgezonderd de hierboven genoemde directory-namen.

Als automatische partitionering werd gekozen, stelt het installatieprogramma bovendien voor om een extra partitie aan te maken in de op het apparaat resterende beschikbare ruimte met een door de gebruiker gekozen aankoppelpunt, wederom uitgezonderd de hierboven genoemde.

Kortom, het installatieprogramma:

  • plaatst alle directory’s die de kern van het systeem vormen op dezelfde partitie,

  • maakt het mogelijk andere directory’s op andere eerder geformatteerde partities in te stellen.

Het is mogelijk bestanden of directory’s die geen deel uitmaken van de kern van het systeem, zoals /home, op een andere partitie te installeren, met name als de ruimte op het apparaat beperkt is. Als de computer bijvoorbeeld is uitgerust met een snelle SSD of NVMe en daarnaast met een langzamere gewone harde schijf met een grotere capaciteit, is het mogelijk het systeem op de SSD of NVMe te installeren en de grotere bestanden op de gewone harde schijf.

Het is ook mogelijk grote, meestal in /home opgeslagen bestanden zoals afbeeldingen, verschillende documenten en audio- of videobestanden met een ander systeem te delen.

Praktische handleiding

De volgende voorbeelden laten zien hoe je /home in verschillende situaties naar een ander apparaat kunt verplaatsen.

/home in zijn geheel naar een ander apparaat verplaatsen

We gaan er nu van uit dat je de aanvankelijk op een SSD of NVMe geïnstalleerde /home directory in zijn geheel naar een harde schijf wilt verplaatsen. Dit kan meteen na de installatie of op een later moment. Al het volgende wordt uitgevoerd als root.

Als eerste heb je op de harde schijf, hieronder genoemd /dev/sdb1, een geformatteerde partitie nodig om /home naar toe te kunnen verplaatsen:

  • Maak op de harde schijf, indien nodig, de partitietabel (GPT type) en de partitie van de gewenste grootte met behulp van een van de met Slint meegeleverde tools: parted, gdisk, cgdisk of gparted.

  • Formatteer deze partitie met een van de bestandssystemen btrfs, ext4 of xfs (opdrachten mkfs.btrfs, mkfs.ext4 of mkfs.xfs)

Om de /home directory naar deze partitie te kunnen kopiëren, moet je die aankoppelen, bijvoorbeeld op /mnt, met een van de volgende commando’s:

mount /dev/sdb1 /mnt -o compress=zstd: 3 # als /dev/sdb1 is geformatteerd met btrfs
mount /dev/sdb1 /mnt # als /dev/sdb1 is geformatteerd met xfs of ext4

Kopieer vervolgens de bestanden bijvoorbeeld als volgt:

cp -a /home/* /mnt

of zoals dit:

rsync -aAXv /home/* /mnt

Controleer vervolgens of het kopiëren correct is uitgevoerd:

diff -r /home /mnt

Wijzig daarna het bestand /etc/fstab om /home op de nieuwe partitie aan te koppelen bij de volgende systeemstart.

Als het hoofdbestandssysteem btrfs is, wordt /home als subvolume aangekoppeld. Verander in dit geval de regel in /etc/fstab om /home aan te koppelen in commentaar door er een # karakter voor te zetten. Wijzig de regel (vervang <uuid1> door de UUID-waarde opgegeven in /etc/fstab):

UUID=<uuid1> /home btrfs subvol=/@home,discard=async,compress=zstd:3,noatime 0 0

naar:

#UUID=<uuid1> /home btrfs subvol=/@home,discard=async,compress=zstd:3,noatime 0 0

Voeg vervolgens een regel in /etc/fstab toe om bij het opstarten /home op de nieuwe partitie aan te koppelen. We kennen <uuid2> de waarde van zijn UUID toe met de volgende opdracht:

lsblk -lno uuid /dev/sdb1

De in /etc/fstab toe te voegen regel is afhankelijk van het gekozen bestandssysteem van /dev/sdb1.

Voor btrfs:

UUID=<uuid2> /home btrfs compress=zstd:3,discard=async,noatime 0

Voor ext4 of xfs:

UUID=<uuid2> /home ext4 noatime 1 2

Start dan de machine opnieuw op. In het geval dat zich problemen voordoen ga je terug met:

  • Maak in voorkomend geval het veranderen van de regel in /etc/fstab in commentaar ongedaan (verwijder het #-teken aan het begin van de regel)

  • Verander de nieuwe regel in commentaar (zet er een #-teken voor)

  • Start dan opnieuw op.

Als de nieuwe partitie is gecontroleerd op de juiste werking kan de oude partitie worden gewist. De manier om dit te doen is afhankelijk van het type bestandssysteem dat tijdens de installatie werd geconfigureerd. Als de machine opnieuw is opgestart, zorg er dan voor dat /home is aangekoppeld op de nieuwe partitie, bijvoorbeeld met de opdracht

findmnt -o /source

Verwijder dan de oude /home directory:

  • In het geval van btrfs met deze commando’s (we gaan ervan uit dat het systeem is geïnstalleerd op /dev/sda3):

    umount /mnt
mount /dev/sda3 /mnt -o subvolid=0
btrfs subvolume delete -c /mnt/@home
btrfs subvolume sync /mnt # dit commando start het beschikbaar maken van de ruimte die werd ingenomen door de oude /home
btrfs filesystem sync # dit commando eindigt het beschikbaar maken van de ruimte die werd ingenomen door de oude /home
umount /mnt

  • In geval van ext4 of xfs moeten we er voor zorgen dat de nieuwe /home niet in gebruik is voordat de oude kan worden verwijderd. Dus:

    Herstart om te beginnen het systeem in tekstmodus.
Meld aan als root # Niet als gewone gebruiker, omdat anders /home niet ontkoppeld zou kunnen worden omdat deze dan in gebruik zou zijn.
umount /home # Dit maakt de oorspronkelijke /home directory weer toegankelijk.
rm -r /home/ * # De inhoud van de oorspronkelijke /home directory wordt gewist maar de directory zelf blijft behouden.
mount /home # Nu wordt /dev/sdb1 als /home aangekoppeld

Verplaatsen van alleen de grootste bestanden van /home naar de harde schijf

In het voorbeeld hierboven is de /home directory in zijn geheel overgezet van de SSD naar de harde schijf.

Soms is het beter om alleen de grote bestanden naar de harde schijf te verplaatsen en verborgen directory’s en bestanden op de SSD te laten staan omdat die veel vaker beschreven worden wat veel sneller gaat op een SSD.

Om dit te bereiken noem je het aankoppelpunt van de /dev/sdb1 partitie in /etc/fstab bijvoorbeeld `/data' en kopieer je zodra deze partitie is aangekoppeld de te verplaatsen directory’s van /home naar /data en vervang je deze directory’s in /home door symbolische links naar de directory’s in /data. Dus bijvoorbeeld zodra de /data directory op /dev/sdb1 is aangemaakt en geïnstalleerd:

chown -R didier: users /data
mv /home/didier/Images /data
ln -s /data/Images /home/didier/Images

Bij een systeem met meerdere gebruikers is de werkwijze hiervoor enigszins anders, bijvoorbeeld het creëren van een subdirectory per gebruiker in /data.

Verplaatsen van /home naar de harde schijf, maar houdt vaak gewijzigde bestanden op de SSD

Ook is het mogelijk om selectief vaak gewijzigde bestanden op de SSD te slaan, zoals die in ~/.mozilla, ~/.thunderbird of ~/.purple.

Maak bijvoorbeeld op de SSD een directory /data met een subdirectory /data/.thunderbird en verplaats hier ~/. thunderbird naar toe en maak vervolgens een symbolische link /data/.thunderbird ⇒ ~/.thunderbird.

Bij het gebruik van btrfs voor het basissysteem wordt het aanbevolen een subvolume te maken voor /data waarna ~/.mozilla of ~/.thunderbird hier naar toe kunnen worden verplaatst met de volgende commando’s:

mount /dev/sda3 /mnt subvolid=0
btrfs subvolume create /mnt/@data
mkdir /data
umount /mnt

Voeg vervolgens een regel toe aan /etc/fstab om /data tijdens het opstarten aan te koppelen (<uuid1> is de UUID waarde van /dev/sda3):

UUID=<uuid1> /data btrfs subvol=/@data,discard=async,compress=zstd:3,noatime 0 0

Start vervolgens opnieuw op en typ de volgende opdrachten:

chown -R didier:users /data
mv /home/didier/.thunderbird /data
ln -s /data/.thunderbird ~/.thunderbird