简介

Btrfs 文件系统提供了许多新的特性，其中个人最喜欢的功能便是快照 (snapshot)。因为其快照功能基于 COW (copy-on-write)，所以几乎可以瞬间创建快照，而且刚创建时几乎不占用任何空间，可以说是完美的本地快照方案。另外如果搭配其它 btrfs 命令还可以轻松的增量备份到外部存储。本文的主要内容便是讨论使用 btrfs 快照的一些姿势。

直接使用别人造好的轮子

首先 Linux 下已经有了很多支持 btrfs 快照的备份工具了，比如 Timeshift, Back In Time 以及 Snapper。建议先尝试一下这些工具，如果因为工具限制无法使用或者需求无法得到满足，再考虑自己写脚本。

相关命令

文中的许多命令需要 root 权限，请自行添加 sudo 或者直接 sudo -i。

快照操作

与快照相关的命令只需要了解三条即可：

  • btrfs subvol snapshot source destination
    比如使用 btrfs subvol snapshot / /snapshots/example 即可在 /snapshots/ 下创建一个名为 example 的快照，除了不包括 / 里的子卷以外内容会与 / 相同。并且就像之前提到的一样，快照的创建几乎可以瞬间完成，而且刚创建时几乎不占用任何空间。
    而使用 btrfs subvol snapshot -r ... 可以创建一个只读快照。
  • mv
    没错，就是 mv 命令，当需要移动一个快照的位置时，只需要像对待文件夹一样使用 mv 命令。
  • btrfs subvol delete
    不过要删除就需要这条命令了，例如 btrfs subvol delete /snapshots/example 可以删除前面建立的快照，如果直接用 Delete 删除则相应的硬盘空间无法得到释放。

发送至外部存储

使用下面两条命令可以将快照发送到外部存储：

  • btrfs send
  • btrfs receive
  • 这两条一般组合起来使用，例如 btrfs send /snapshots/example | btrfs receive /destination/ 会将 /snapshots/example 发送到 /destination/ 下。
  • 以后可以使用 btrfs send -p 和 btrfs receive 来进行增量备份。
  • 注意 btrfs send 只支持只读快照。

列出子卷

使用 btrfs subvol list / 可以列出 / 所在的 btrfs 分区的所有子卷（包括快照）

ID 270 gen 33666 top level 5 path snapshots
ID 317 gen 33718 top level 5 path @
ID 505 gen 27199 top level 270 path snapshots/auto-2018-07-27 01:00:00
ID 506 gen 27250 top level 270 path snapshots/auto-2018-07-27 02:00:00

ID xxx：子卷的 ID
top level xxx：父卷的 ID（5 代表根目录）
path xxx：子卷的相对路径（默认相对于 btrfs 分区根目录）

DIY 前的准备工作

注意

(如果你的文件直接存储在分区根目录而不是子卷下)
这时建议把文件迁移到一个子卷里，具体过程我放到了这一篇文章里。
注意：这里仅指 btrfs 分区，不要试图迁移非 btrfs 分区的数据。

建立存储快照的子卷

由于 btrfs 快照没法跨分区创建，所以首先需要在每个需要备份的 btrfs 分区建立一个用来存储快照的子卷

mount -o subvol=/ -U 71c631b0-e53f-40e4-aaac-22ae6fddbb96 /mnt
btrfs subvol create /mnt/snapshots
umount /mnt

注：各个分区的 UUID 可以通过 lsbk -f 查看。

建立相应的文件夹

然后建立相应的文件夹，比如我需要分别备份 root 和 home 两个 btrfs 分区：

mkdir -p /.snapshot/root
mkdir -p /.snapshot/home

把子卷挂载到相应文件夹

最后把新建的子卷挂载到相应的文件夹，然后修改 /etc/fstab 添加相应的条目，之后重启或使用 mount -a 加载

UUID=71c631b0-e53f-40e4-aaac-22ae6fddbb96  /.snapshot/root/  btrfs subvol=snapshots,rw,noatime,compress=lzo,space_cache,commit=120,trim
UUID=3e80685a-cce5-425e-b478-3b1a008b9a48  /.snapshot/home/  btrfs subvol=snapshots,rw,noatime,compress=lzo,space_cache,commit=120,trim

自动快照

我把自己写的 bash 脚本放置在 /root/snapshot.sh：

#!/bin/bash
set -Eeo pipefail

if [[ $EUID -ne 0 ]]; then
  echo "This script must be run as root" 
  exit 1
fi

SUB_0=("/" "/.snapshots/root")
SUB_1=("/home" "/.snapshots/home")
snapshots_config=(
  SUB_0[@]
  SUB_1[@]
)

dt=$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')
dt_now=$(date --date="$dt" +%s)
# Delete snapshots that older than 10 days
find "/.snapshots/" -maxdepth 2 -iname "auto-*" | while read file; do
  timestamp=$(echo "$file" | grep -Eo "[[:digit:]]{4}-[[:digit:]]{2}-[[:digit:]]{2} [[:digit:]]{2}:[[:digit:]]{2}:[[:digit:]]{2}")
  dt_file=$(date --date="$timestamp" +%s)
  let "tDiff=$dt_now-$dt_file"
  if [[ "$tDiff" -ge 864000 ]]; then
    btrfs subvol delete "$file"
  fi
done

snapshot_name="auto-$dt"
COUNT=${#snapshots_config[@]}
for ((i=0; i<$COUNT; i++))
do
  src=${!snapshots_config[i]:0:1}
  dst=${!snapshots_config[i]:1:1}
  # Create new snapshot
  btrfs subvol snapshot "${src}" "${dst}/$snapshot_name"
done

每次执行时会在 /.snapshots/root/ 和 /.snapshots/home/ 下分别创建两个格式为 auto-yyyy-mm-dd hh:mm:ss 的快照，同时删除 10 天以前的快照。
一个成熟的脚本应该学会自己按需触发，最简单的方式是修改 cronjob，缺点是很难进行检测和记录。因为脚本需要 sudo 权限，所以这里需要修改 root 的 cronjob，运行 sudo crontab -e 然后添加

# 每次启动时
@reboot /bin/bash /root/snapshot.sh
# 每隔一小时
@hourly /bin/bash /root/snapshot.sh

或者如果希望用 systemd 管理：
首先添加一个 systemd service，新建 /etc/systemd/system/snapshot.service:

[Unit]
Description=Create btrfs snapshot
After=syslog.target

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/bin/bash /root/snapshot.sh
StandardOutput=syslog
StandardError=syslog
SyslogIdentifier=snapshot

[Install]
WantedBy=multi-user.target

然后通过设置 systemd timer 来设置定时任务，新建 /etc/systemd/system/snapshot.timer:

[Unit]
Description=Create btrfs snapshot

[Timer]
# 开机启动 1 分钟后
OnBootSec=1min
# 每隔 1 小时
OnUnitActiveSec=1h

[Install]
WantedBy=timers.target

最后开启 timer 即可

systemctl enable --now snapshot.timer

手动快照

在需要的时候可以手动使用 btrfs subvol snapshot 来创建快照，如果嫌每次输入麻烦，也自己写一个 bash 脚本来简化操作

#!/bin/bash
set -Eeo pipefail

if [[ $EUID -ne 0 ]]; then
  echo "This script must be run as root" 
  exit 1
fi

SUB_0=("/" "/.snapshots/root")
SUB_1=("/home" "/.snapshots/home")
snapshots_config=(
  SUB_0[@]
  SUB_1[@]
)

dt=$(date '+%Y-%m-%d %H:%M:%S')
dt_now=$(date --date="$dt" +%s)
snapshot_name="manual-$dt"
COUNT=${#snapshots_config[@]}
for ((i=0; i<$COUNT; i++))
do
  src=${!snapshots_config[i]:0:1}
  dst=${!snapshots_config[i]:1:1}
  # Create new snapshot
  btrfs subvol snapshot "${src}" "${dst}/$snapshot_name"
done

手动创建的快照可以使用 btrfs subvol delete ... 删除

还原之前的快照

如果仅仅是需要旧快照的部分文件，可以直接去挂载快照的目录（前面的例子中是 /.snapshot/）直接复制。
想要完全还原成以前的快照也十分简单，只需要更改当前挂载的子卷即可，首先使用 btrfs subvol list ... 查看自己希望恢复的快照的 ID，然后使用 mv 命令重命名一下快照 (如果不重命名的话，快照会被前面的脚本自动清理掉)。接下来跟着这篇文章中的第二步操作，完成后重启即可。

备份到外部存储

本地快照的主要作用是及时进行备份以防止意外操作，而长久可靠的备份还是需要保存到外部存储。使用 btrfs send 和 btrfs receive 可以将快照增量备份到外部存储，既节省了时间又节省了空间。
由于 btrfs send 只支持只读 (read-only) 子卷，所以我们需要用到 btrfs subvol snapshot -r ... 创建只读快照。
第一次创建只读快照

btrfs subvol snapshot -r /home /.snapshots/home/readonly && sync

然后发送到外部存储（第一次花费时间与用 cp 花费的时间相当）

btrfs send /.snapshots/home/readonly | btrfs receive /dev/sda/backup

以后只需要进行增量备份即可（仅仅需要复制更改过的文件）

btrfs subvol snapshot -r /home /.snapshots/home/readonly-new && sync
btrfs send -p /.snapshots/home/readonly /.snapshots/home/readonly-new | btrfs receive /dev/sda/backup

旧的只读快照可以删除

btrfs subvol delete /.snapshots/home/readonly
mv /.snapshots/home/readonly-new /.snapshots/home/readonly
btrfs subvol delete /dev/sda/backup/readonly
mv /dev/sda/backup/readonly-new /dev/sda/backup/readonly

当然建议是每次都把旧的本地只读快照删除，而外部存储的只读快照按照时间重命名，空间不够时再删除。

总结

快照真是个好东西，无数次拯救了我的误操作。