Slint com BTRFS

Neste artigo delineamos as características únicas do sistema de ficheiros BTRFS e como um sistema Slint é configurado na instalação para tirar partido das mesmas.

Para não sobrecarregar este documento com definições, encaminhamos o leitor para o glossário incluído no Manual do Slint e mais especificamente para a "gíria" btrfs no glossário incluído na sua documentação.

Um sistema de ficheiros BTRFS consiste num volume lógico que pode abranger vários dispositivos de blocos (partições ou discos). Inicialmente o Slint é instalado numa única partição.

Um subvolume é uma sub-árvore de ficheiros dentro do volume, cuja raiz pode ser montada como se fosse um sistema de ficheiros independente. Contudo, o espaço atribuído a um volume é também atribuído a cada um dos seus subvolumes: não é portanto necessário distribuí-lo entre os subvolumes, como se se tratasse de partições distintas.

Os subvolumes podem ser criados ao mesmo tempo que o volume (pelo comando mkfs.btrfs), mas também podem ser adicionados ou eliminados mais tarde usando as ferramentas do btrfs.

Como exemplo, os comandos abaixo criam o volume "sistema" do Slint e os seus subvolumes, no caso de ser utilizado o BTRFS. No seguinte $ROOTNAME é o nome da partição em que o Slint será instalado e $SLINT o ponto de montagem do volume do sistema durante a instalação.

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

A partição $ROOTNAME (denotada pelo seu UUID que chamaremos <uuid>) será então montada três vezes (uma por subvolume) cada vez que o Slint for iniciado, como indicado no ficheiro /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

O que dá por exemplo (retirado do resultado de 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

Vemos que o espaço disponível para o volume (28G) também está disponível para cada um dos sub-volumes. Por outro lado, a opção de montagem "compress_zstd:3" significa que todos os ficheiros que serão armazenados serão comprimidos pelo utilitário zstd com nível de compressão 3. Assim, o tamanho do sistema é aproximadamente metade do que com o sistema de ficheiros ext4.

Se montarmos o dispositivo na raiz do volume (sem menção de um subvolume), assim:

mount /dev/sda5 /mnt

vemos os subvolumes aparecerem como subdiretórios de /mnt:

ls /mnt
@ @home @swap
ls /mnt/@home/hugo
Desktop Documents Images Templates Music Downloads Videos

Outra funcionalidade notável do BTRFS é o "copy-on-write". Ao editar um ficheiro, partes modificadas são gravadas noutro local, sendo os metadados (que registam o local de todas as partes do ficheiro) atualizados. Enquanto os dados anteriores continuarem a ser referidos, permanecerão intactos.

Isto torna muito fácil criar cópias instantâneas "snapshots" do subvolume BTRFS: efetuar uma nova cópia é "livre", pois utiliza muito pouco espaço em disco: apenas os metadados da cópia são gravados, o que armazena a localização física de todas as partes dos ficheiros no subvolume, e isto é feito quase instantaneamente. O espaço utilizado pela cópia só irá aumentar quando o subvolume original e a cópia diferirem, pois então a cópia recuperará os dados removidos do original. Por outro lado, os dados adicionados ao original não serão incluídos na cópia: por outras palavras, uma modificação do subvolume original não modifica a cópia.

O Slint inclui o utilitário absm, que efetua cópias instantâneas do subvolume @, permitindo regressar a um estado anterior do sistema se uma atualização correr mal, ao arrancar o sistema a partir desta cópia, selecionada no menu de arranque do GRUB. Para saber como o utilizar, basta escrever absm como root ou utilizando o sudo.

O BTRFS também verifica a integridade de cada ficheiro quando este é aberto utilizando um checksum, tornando desnecessário verificar o sistema de ficheiros no arranque do sistema. Além disso, o comando "btrfs scrub" verifica a integridade de todos os ficheiros, incluindo aqueles que raramente são lidos. Por defeito, o utilitário "btrfsmaintenance" incluído no Slint executa o "btrtfs scrub" uma vez por semana.

btrfsmaintenance também aciona o "btrfs balance" uma vez por semana, por defeito. Este comando permite distribuir os dados entre os dispositivos se o sistema de ficheiros se estender por vários, mas também reorganizar o espaço utilizado, em particular para libertar o espaço não alocado do sistema de ficheiros, o que melhora em particular o desempenho do BTRFS no caso de um disco rígido. Para saber mais sobre btrfsmaintenance leia /usr/doc/btrfsmaintenance*/README.html

Outras ferramentas úteis e compatíveis com o BTRFS estão incluídas no Slint, todas têm uma opção --help e uma página man (manual):

  • jdupes detecta ficheiros duplicados e permite-lhe tomar medidas em conformidade, independentemente do sistema de ficheiros utilizado

  • btdu permite conhecer com precisão o local ocupado pelos sub-volumes e directórios BTRFS

  • restic é um software de cópias de segurança muito versátil que pode ser utilizado para qualquer sistema de ficheiros.

Recomendações.

  • O BTRFS precisa de espaço para respirar e reorganizar-se. Manter sempre 10-20% de espaço livre.

  • Algumas opções de ferramentas incluídas no pacote btrfs-tools podem ser perigosas ou contraproducentes. Utilize apenas aqueles cujo efeito conhece perfeitamente bem e, em caso de dúvida, procure primeiro aconselhamento, na lista de correio do Slint ou pelo IRC no irc.libera.chat, canal #btrfs.

  • Em particular, evite usar o "btrfs filesystem defrag" e especialmente não usar o "btrfs check --repair".

  • Antes de utilizar um comando, leia cuidadosamente a página man correspondente (começando com "man btrtfs" que lista as outras).

  • Como com qualquer sistema de ficheiros: faça cópias de segurança regularmente! Esta é normalmente a única forma de recuperar os seus dados em caso de falha de hardware.

Para mais:

Personalizar um esquema do sistema Slint

Introdução

Neste artigo, revemos como o instalador do Slint organiza os diretórios básicos do sistema (o seu esquema), e mostramos como personalizar este esquema após a instalação. O processo de instalação é detalhado no Capítulo 2: Instalação do Manual.

O instalador coloca todos os diretórios listados abaixo, que constituem o núcleo do sistema, na mesma partição:

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

Se outras partições já formatadas estiverem acessíveis durante a instalação, o instalador propõe que sejam montadas no arranque do sistema, com um nome de diretório escolhido pelo utilizador como ponto de montagem, excepto as listadas acima.

Além disso, se o particionamento automático tiver sido escolhido, o instalador propõe a criação de uma partição adicional no espaço restante disponível no dispositivo, com um ponto de montagem escolhido pelo utilizador, também fora das listadas acima.

Em suma, o instalador:

  • coloca todos os diretórios que constituem o núcleo do sistema na mesma partição,

  • permite configurar outros diretórios em outras partições, previamente formatadas.

Contudo, poderá querer instalar ficheiros ou diretórios que fazem parte do núcleo do sistema, tais como a /home, noutra partição, especialmente se o espaço for limitado no dispositivo. Por exemplo, se o computador estiver equipado com um dispositivo rápido (SSD ou NVMe) e também com um disco rígido mais lento mas de maior capacidade, poderá querer instalar o sistema no SSD ou NVMe e os ficheiros maiores no disco rígido.

Também pode querer partilhar ficheiros grandes normalmente armazenados na /home com outro sistema, tais como imagens, vários documentos, ficheiros de áudio ou vídeo.

Guia prático

Como exemplo, mostramos como mover a /home para outro dispositivo, com algumas variações.

Mover a /home inteiramente para outro dispositivo

Assumimos que pretende mover o directório /home, inicialmente instalado num SSD ou NVMe, para um disco rígido. Isto pode ser feito logo após a instalação ou mais tarde. Tudo o que se segue deve ser feito como root.

Primeiro, é necessária uma partição formatada no disco rígido, denominada /dev/sdb1 abaixo, para alojar a /home:

  • Criar, se ainda não tiver sido feito no disco rígido, a tabela de partições (tipo GPT) e a partição utilizando uma destas ferramentas: parted, gdisk, cgdisk ou gparted, todas incluídas no Slint, suficientemente grandes para o seu uso pretendido.

  • Formatar esta partição utilizando um dos tipos de ficheiro btrfs, ext4, ou xfs (comandos mkfs.btrfs, mkfs.ext4 ou mkfs.xfs)

Para poder copiar o diretório /home para esta partição é necessário montá-la, por exemplo em /mnt, com um dos seguintes comandos:

mount /dev/sdb1 /mnt -o compress=zstd:3 # se /dev/sdb1 tiver sido formatado com btrfs
mount /dev/sdb1 /mnt # se /dev/sdb1 foi formatado com xfs ou ext4

Depois, copiar os ficheiros, por exemplo, desta forma:

cp -a /home/* /mnt

ou assim:

rsync -aAXv /home/* /mnt

Depois, verificar se a cópia foi feita correctamente:

diff -r /home /mnt

Depois, modificar o ficheiro /etc/fstab para montar a /home na nova partição no próximo arranque.

Se o sistema de ficheiros root for o btrfs, a /home é montada como subvolume. Neste caso, comentar a linha no ficheiro utilizado para montar a /home inserindo um carácter # no seu início. Por exemplo, editar esta linha (substituir <uuid1> pelo valor UUID especificado em /etc/fstab):

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

que se torna:

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

Depois, inserir no ficheiro uma linha para montar no momento do arranque a /home na nova partição. Iremos designar <uuid2> o valor da sua UUID, exibido por este comando:

lsblk -lno uuid /dev/sdb1

A linha a inserir no ficheiro /etc/fstab depende do sistema de ficheiros escolhido de /dev/sdb1.

Para btrfs:

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

Para ext4 ou xfs:

UUID=<uuid2> /home ext4 noatime 1 2

Depois, reiniciar a máquina. Em caso de problema, para voltar atrás:

  • Caso ocorra descomentar a linha comentada em /etc/fstb (remova o carácter # no início da linha)

  • Comente a nova (insira um carácter # no início da linha)

  • Depois reinicie.

Uma vez verificada a nova partição para um funcionamento correto, a antiga pode ser eliminada. A forma de o fazer depende do sistema de ficheiros configurado pelo instalador. Uma vez reiniciada a máquina, certifique-se de que a /home está montada na nova partição, por exemplo com o comando

findmnt -o /source

Depois, elimine a antiga /home:

  • No caso de btrfs escrever estes comandos (assumimos que o sistema foi instalado em /dev/sda3):

    umount /mnt
mount /dev/sda3 /mnt -o subvolid=0
btrfs subvolume delete -c /mnt/@home
btrfs subvolume sync /mnt # este comando inicia a recuperação do espaço ocupado pela antiga /home
btrfs filesystem sync # este comando termina a recuperação do espaço ocupado pela antiga /home
umount /mnt

  • No caso de ext4 ou xfs, precisamos que a nova /home não esteja a ser utilizada para remover a antiga. Por isso:

    Primeiro, reinicie em modo texto.
Inicie sessão como root # Não como utilizador normal, caso contrário, não poderíamos desmontar a /home, pois estaria ocupada.
umount /home # Isto torna a anterior /home novamente acessível.
rm -r /home/* # Eliminamos o conteúdo da /home anterior, mas mantemos o diretório.
mount /home # Agora /dev/sdb1 é montado como /home

Mover apenas os ficheiros maiores da /home para o disco rígido

No exemplo acima, o diretório /home foi completamente transferido do SSD para o disco rígido.

Pode ser preferível armazenar apenas ficheiros grandes no disco rígido e deixar diretórios e ficheiros escondidos no SSD, que estão sujeitos a gravações frequentes, muito mais rapidamente num SSD.

Para tal, pode nomear o ponto de montagem da partição /dev/sdb1 /data em /etc/fstab, por exemplo, depois de montada esta partição, copiar os diretórios a transferir da /home para /data, e finalmente substituir estes diretórios na /home por ligações simbólicas aos diretórios em /data. Por exemplo, assim que o diretório /data for criado e montado em /dev/sdb1:

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

Esta forma de fazer deve ser adaptada se o sistema for multi-utilizador, por exemplo criando um subdiretório por utilizador em /data.

Mover a /home para o disco rígido mas armazenar ficheiros frequentemente alterados no SSD

Por outro lado, é possível armazenar seletivamente ficheiros frequentemente alterados no SSD, como os contidos em ~/.mozilla, ~/.thunderbird ou ~/.purple.

Por exemplo, pode criar um diretório /data e um subdiretório /data/.thunderbird no SSD, mover ~/.thunderbird para o mesmo, e criar uma ligação simbólica /data/.thunderbird ⇒ ~/.thunderbird.

Se o btrfs for utilizado para o núcleo do sistema, recomenda-se criar um subvolume para /data com os seguintes comandos, antes de mover ~/.mozilla ou ~/.thunderbird para lá, assim:

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

Depois, inserir uma linha em /etc/fstab para montar /data no arranque do sistema (<uuid1> é o valor UUID de /dev/sda3):

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

Depois, reinicie e escreva os seguintes comandos:

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