Btrfs

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Btrfs
Hersteller Oracle Corporation
Vollständige Bezeichnung B-tree FS, auch „Butter FS“ oder „Better FS“
Erstveröffentlichung 12. Juni 2007 für Linux, als Beta ab Juni 2013 (mit Ausgabe 3.10), stabil seit 27. Oktober 2014;
für Windows am 21. Februar 2016 (mit Ausgabe 0.1); stabil (ab 1.0) seit 4. September 2017[1] (Linux, Windows)
Technische Umsetzung
Verzeichnisse B+-Baum[2]
Maximalwerte
Größe einer Datei 16 EiB
Anzahl aller Dateien 264
Länge des Dateinamens 255 Byte
Größe des Dateisystems 16 EiB
Erlaubte Zeichen im Dateinamen alle Bytes außer NULL und /
Eigenschaften
Dateiattribute POSIX
Dateirechte-Verwaltung POSIX, ACLs
Transparente Komprimierung ja
Transparente Verschlüsselung geplant[3]
Unterstützende Betriebssysteme Linux, ReactOS, Windows

Das Btrfs[4] (B-tree FS, häufig ausgesprochen als „Butter FS“ oder „Better FS“)[5][6] ist ein Copy-On-Write-Dateisystem, das von der Oracle Corporation seit 2007[7] als freie Software unter der GNU General Public License (GPL) für das Betriebssystem Linux und seit 2016, mit der Bezeichnung WinBtrfs, plattformübergreifend für Windows[8] (ab Windows 7)[1] sowie ReactOS[1][9] entwickelt wird.

In Zukunft könnte Btrfs das bislang im Linux-Umfeld vorherrschende ext4-Dateisystem ersetzen, da dieses nur einen Teil der Beschränkungen von ext3 wie Dateigröße und Gesamtdateisystemgröße aufgehoben hat. Deshalb setzt Andrew Morton,[10][11] einer der prominentesten Linux-Kernel-Entwickler, auf längere Sicht auf Btrfs.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Btrfs weist zahlreiche Gemeinsamkeiten mit ZFS auf und wird deswegen als Linux-Analogon zu ZFS beschrieben. ZFS wurde zwar schon sieben Jahre früher vom mittlerweile selben Hersteller (Sun Microsystems, aufgegangen in Oracle) als ultimatives Dateisystem entworfen, war wegen seines Lizenzstatus jedoch für die Verwendung mit Linux ungeeignet. Beide haben integriertes RAID, Volume-Management, prüfsummenbasierten Schutz vor Datenübertragungsfehlern und nutzen Copy-On-Write, ein Verfahren, bei dem eine Kopie erst dann „real“ angefertigt wird, sobald sie von einem der Beteiligten verändert wird. Solange alle Beteiligten ihre Kopie nicht verändert haben, genügt es, das Original ein einziges Mal zu speichern. Die Kopie erfolgt also zunächst „virtuell“ und wird erst bei einer ersten Benutzung verzögert angelegt. Das in das Dateisystem integrierte RAID-Subsystem bietet gegenüber klassischen Hardware- oder Software-RAID-Implementierungen den Vorteil, dass zwischen belegten und freien Datenblöcken unterschieden werden kann und somit bei der Rekonstruktion eines gespiegelten RAID-Volumens nur belegter Plattenplatz gespiegelt werden muss. Hieraus resultiert im Schadensfall, besonders bei wenig gefüllten Dateisystemen, eine enorme Zeitersparnis. Die RAID Funktionalität wird zudem, im Gegensatz zu klassischen RAID-Verfahren, mit Hilfe von größeren Datenbereichen (chunks) organisiert. Es erfolgt dann beispielsweise im RAID1 keine Spiegelung der Datenträger, sondern es wird sichergestellt, dass jeder Datenbereich auf mindestens zwei Datenträgern abgelegt wird. So wird es möglich einen RAID 1 aus einer ungeraden Anzahl von Datenträgern unterschiedlicher Kapazität, unter voller Ausnutzung derer Kapazität, zu bilden.

Weiterhin baut Btrfs mit der B-Baum-Struktur auf einem zentralen Konzept aus XFS auf. Es ist somit auch mit dem nicht mehr weiterentwickelten Reiser4 verwandt, zu dem es als adäquate Alternative gesehen wird.[12]

Btrfs liefert das Programm btrfs-convert mit, mit dem bestehende ext3- und ext4- Dateisysteme in ein Btrfs-Dateisystem konvertiert werden können. Die Konvertierung ist reversibel.[13]

Btrfs soll vor allem auch Funktionen bieten, die es vom derzeitigen Linux-Standard ext3/ext4, aber auch von anderen Dateisystemen wie XFS oder JFS abheben, hierunter fallen:

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Kernstruktur von Btrfs – die Copy-on-write-B-Baum-Struktur – wurde ursprünglich von dem IBM-Forscher Ohad Rodeh im Rahmen einer Präsentation bei der USENIX 2007 vorgeschlagen. Rodeh schlug auch das Hinzufügen von Referenzierungszählern für Speicherblöcke und bestimmte Lockerungen der Balancing-Algorithmen normaler B-Bäume vor, die die B-Bäume für Hochleistungsspeicherlösungen mit Copy-On-Write-Schnappschüssen tauglich machen und dabei gute Nebenläufigkeit bewahren.[16]

Chris Mason, damals ein ReiserFS-Entwickler bei SUSE, wurde noch im selben Jahr von Oracle eingestellt und begann dort seine Arbeit an einem neuen Dateisystem, das fast ausschließlich solche B-Bäume verwendet – nicht nur für Meta- und Nutzdateien, sondern auch rekursiv zur Verfolgung der Speicherzuteilung der Bäume selber. Damit können sämtliche Operationen durch dieselben Routinen abgewickelt werden.[7][17]

Am 9. Januar 2009 wurde Btrfs erstmals in den Linux-Kernel 2.6.29 aufgenommen.[18] In einigen Linux-Distributionen steht das Dateisystem bereits offiziell bei der Installation zur Auswahl.

Linux[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für den experimentellen Einsatz wurde das Dateisystem erstmals unter OpenSUSE 11.3 unterstützt[19] sowie unter Oracle Linux Release 2[20] und es existieren Pakete für die Distributionen Gentoo, Arch Linux, Debian und Ubuntu.

Btrfs ist das Standard-Dateisystem von MeeGo[21] und sollte seit mehreren Versionen auch in Fedora als Standard-Dateisystem verwendet werden.[22] Dies wurde jedoch immer wieder verworfen.[23][24][25]

SUSE Linux Enterprise Server 12 (SLES 12) verwendet Btrfs als Standard-Dateisystem.[26] openSUSE setzt ab Version 13.2 auf Btrfs.

Als wahlfreies (oder optionales) Dateisystem wird Btrfs von nahezu allen Distributionen unterstützt (Stand: 6. Juli 2016).

Windows[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die erste in C++ beschriebene Alpha-Ausgabe 0.1 wurde – vorerst nur für Entwickler – am 21. Februar 2016 unter der LGPL auf GitHub – mit der Bezeichnung WinBtrfs – veröffentlicht.[1][27]

Am 24. Juli 2016 wurde die Ausgabe 0.5 freigegeben, in welcher RAID-Unterstützung eingebaut wurde, die es ermöglicht die RAID-Stufen 0, 1 oder 10 einzurichten. Das Betriebssystem erkennt derartige Partitionen – im Testmodus – allerdings noch als NTFS, zeitversetztes (oder asynchrones) Lesen und Schreiben soll aber schon möglich sein.[27]

Am 21. August 2016 wurde die Ausgabe 0.6 freigegeben, in welcher unter anderem Unterstützung für Datenkompression mit zlib und dem LZO-Verfahren eingebaut wurde.

Am 24. Oktober 2016 wurde die Ausgabe 0.7 freigegeben, in der unter anderem die Unterstützung für die RAID-Stufen 5 und 6 eingebaut wurde. Zudem wurde Unterstützung für Seed-Dateisysteme (englisch seeding support[28]) und LXSS (die [Ubuntu-]Bash für Windows) eingearbeitet.[1][29]

Seit der Ausgabe 1.0, die am 4. September 2017 freigegeben wurde, hat WinBtrfs das sogenannte Beta-Stadium verlassen.[30]

Kritik am Design[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Red Hat beauftragte im zweiten Quartal 2010 Edward Shishkin, einen der ursprünglichen Reiser4-Entwickler, mit einem Codereview. Shishkins Schluss war, dass das Design fehlerhaft ist, da dem ursprünglichen Algorithmus in Kernpunkten nicht gefolgt wird. Die Designfehler führen dazu, dass in speziellen Fällen der Plattenplatz ausgehen kann, obwohl genügend Platz vorhanden ist.[31][32][33] Die Btrfs-Entwickler widersprechen der Behauptung, dass es sich um einen Designfehler handelt, sie bezeichnen es vielmehr als Implementierungsfehler (englisch bug), der mittlerweile behoben wurde.[34] Im August 2017 kündigte Red Hat an, langfristig die Unterstützung von Btrfs in RHEL einzustellen.[35] Anlass dafür seien Probleme des Dateisystems im Zusammenspiel mit Docker, sowie Anwenderbeschwerden, die nach Aussage von Mitentwicklern häufig aufwändige manuelle Korrekturen im Dateisystem erforderten.[36]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d e WinBtrfs: Readme (englisch) – GitHub, am 4. September 2017; zudem (wohl auch schon ab 2016) u.a. mit „WinBtrfs is a Windows driver for the next-generation Linux filesystem Btrfs. A reimplementation from scratch, it contains no code from the Linux kernel, and should work on any version from Windows 7 onwards.“ und It is also included as part of the free operating system ReactOS. (Übersetzung zum letzten Satz: „Es ist auch als Teil des […] Betriebssystems ReactOS enthalten.“)
  2. Valerie Aurora geb. Henson: A short history of btrfs. btrfs: Pre-history. In: LWN.net. 22. Juni 2009, abgerufen am 4. Oktober 2010 (englisch): „Rodeh’s btrees are different: […], he got rid of the links between leaves of the tree […]. (This is a fairly standard form of btrees in file systems, sometimes called 'B+trees'.)“
  3. A Conversation with Chris Mason on BTRfs: the next generation file system for Linux. Abgerufen am 13. Januar 2013.
  4. Erster Buchstabe wird groß geschrieben.
  5. Valerie Henson: Chunkfs: Fast file system check and repair. 2008, abgerufen am 5. Februar 2008 (OGG, 106,8 MB, Laufzeit 18 Minuten, 49 Sekunden): „It's called Butter FS or B-tree FS, but all the cool kids say Butter FS“
  6. Jake Edge: CRFS and POHMELFS. In: LWN.net. Eklektix, Inc., 6. Februar 2008, abgerufen am 4. Oktober 2010 (englisch).
  7. a b Chris Mason: [ANNOUNCE] Btrfs: a copy on write, snapshotting FS. In: Linux Kernel Mailing List archive. 12. Juni 2007, abgerufen am 29. Mai 2010 (englisch).
  8. Experimentell: Freier Treiber für Btrfs-Filesystem unter WindowsHeise, am 22. Februar 2016
  9. ReactOS 0.4.1 Released (englisch) – Reactos Project, am 17. Mai 2016; u.a. mit BTRFS support - Initial read and write support introduced via importing of the WinBtrfs driver.
  10. Andrew Morton: Status and Direction of Kernel Development. (Nicht mehr online verfügbar.) 9. Juli 2008, ehemals im Original, abgerufen am 4. Oktober 2010 (PDF; 58 kB, englisch): „I am hoping that btrfs will save us. But as far as I know it is not getting as much external development support as it warrants – Merging btrfs into mainline might help here“
  11. Kernel-Log: Keine Unstable-Series, Linux 2008.7, Umgang mit Sicherheitskorrekturen. In: heise open. 16. Juli 2008, abgerufen am 4. Oktober 2010.
  12. Theodore Ts’o: Re: reiser4 for 2.6.27-rc1. In: Linux Kernel Mailing List archive. KernelTrap, 1. August 2008, archiviert vom Original am 3. September 2008, abgerufen am 16. Oktober 2010 (englisch).
  13. Michael Kofler: btrfs – Linux-Dateisystem der Zukunft – Arbeiten mit btrfs – Pro-Linux. In: pro-linux.de. 26. August 2010, abgerufen am 1. Oktober 2015.
  14. Thorsten Leemhuis: Kernel-Log – Was 3.9 bringt. In: heise.de. Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG, 27. März 2013, abgerufen am 30. März 2013.
  15. Michael Larabel: Btrfs RAID 0/1/5/6/10 Five-Disk Benchmarks On Linux 4.1. phoronix, 29. Mai 2015, abgerufen am 29. Mai 2015.
  16. Ohad Rodeh: B-trees, Shadowing, and Clones. 2008, abgerufen am 16. Oktober 2010 (PDF; 2,5 MB, englisch).
  17. Valerie Aurora: A short history of btrfs. In: LWN.net. 22. Juli 2009, abgerufen am 22. August 2009 (englisch).
  18. Jonathan Corbet: Btrfs merged for 2.6.29. In: lwn.net. 9. Januar 2009, abgerufen am 4. Oktober 2010 (englisch).
  19. OpenSUSE 11.3: Product highlights. 1.1 Support for the new Btrfs file system. In: openSUSE Wiki. Archiviert vom Original am 26. Juli 2010, abgerufen am 17. Juli 2010 (englisch): „openSUSE is the first distribution that lets you choose Btrfs in the installer.“
  20. Oliver Diedrich: Oracle Linux mit Btrfs. 14. März 2012, abgerufen am 14. März 2012.
  21. Mirko Dölle: MeeGo-Projekt wählt Btrfs zum Standard-Dateisystem. In: heise open. 12. Mai 2010, abgerufen am 4. Oktober 2010.
  22. Jörg Thoma: Neuerungen für Fedora 17 stehen fest. In: golem.de. 13. Dezember 2011, abgerufen am 9. Februar 2012.
  23. Thorsten Leemhuis: Fedora 19: MariaDB statt MySQL, aber kein Btrfs. In: heise.de. 31. Januar 2013, abgerufen am 31. Januar 2013.
  24. fedoraproject.org: 9.14.4. Create a Btrfs subvolume (englisch)
  25. Chris Murphy: Re: Btrfs in fedora 25-26. In: spinics.net. 8. September 2016, abgerufen am 23. September 2017.
  26. SUSE: Release Notes for SUSE Linux Enterprise Server 12. In: suse.com. 16. April 2014, abgerufen am 16. April 2014 (englisch).
  27. a b Inklusive Raid-Support: WinBtrfs Version 0.5 freigegebenHeise, am 25. Juli 2016
  28. mit dem englischen seed[ing] (wörtlich „die [Aus]Saat“ oder auch „das [Aus]Säen“) ist die Datenverteilung gemeint welche üblicherweise auch „Spiegelung“ (oder englisch mirror[ing]) genannt wird (siehe auch Spiegelserver); ähnlich wie bei gewöhnlichen Spiegelungen sind die Seed-Dateisysteme (für gewöhnliche [Endbenutzer-]Anwendungen) schreibgeschützt oder verfügen nur über Leserechte
  29. Schneller Fortschritt: WinBtrfs 0.7 bietet RAID5/6Heise, am 25. Oktober 2016
  30. WinBtrfs 1.0 erschienen: Dateisystem Btrfs nativ unter Windows einsetzenHeise/iX, am 5. September 2017 (abgerufen am 26. Oktober 2016)
  31. Edward Shishkin: Btrfs: broken file system design (was Unbound(?) internal fragmentation in Btrfs). In: Linux Kernel Mailing List archive. 18. Juni 2010, abgerufen am 31. Dezember 2010 (englisch).
  32. Edward Shishkin: Re: Balancing leaves when walking from top to down (was Btrfs:…). In: linux-btrfs. 30. Juni 2010, abgerufen am 8. Januar 2011 (englisch).
  33. FAQ. In: btrfs Wiki. 8. Januar 2011, archiviert vom Original am 20. Juli 2011, abgerufen am 8. Januar 2011 (englisch).
  34. FAQ. In: btrfs Wiki. Archiviert vom Original am 6. Oktober 2015, abgerufen am 17. November 2015 (englisch).
  35. RHEL 7.4: Red Hat beendet Unterstützung für Btrfs - Golem.de. (golem.de [abgerufen am 4. August 2017]).
  36. Red Hat wendet sich von Btrfs ab - Pro-Linux. In: Pro-Linux. (pro-linux.de [abgerufen am 4. August 2017]).