介绍
子卷允许将 Btrfs 文件系统划分为单独的子文件系统。这意味着您可以从 Btrfs 文件系统挂载子卷，就好像它们是独立的文件系统一样。此外，您还可以通过 qgroups 定义子卷可能占用的最大空间（我们将在本系列的另一篇文章中讨论这个问题），或者使用子卷专门在快照中包含或排除文件（我们也将在本系列的另一篇文章中讨论这个问题）。自 Fedora Linux 33 以来，每个默认的 Fedora Workstation 和 Fedora Silverblue 安装都使用子卷。在本文中，我们将探讨它的工作原理。
下面您将看到许多与子卷相关的示例。如果您想继续操作，您必须有权访问某些 Btrfs 文件系统和 root 访问权限。您可以通过以下命令验证您的/home/目录是否为 Btrfs：
$ findmnt -no FSTYPE /home
btrfs
此命令将输出/home/目录的文件系统名称。如果它显示btrfs，则一切就绪。让我们创建一个新目录来执行一些实验：
$ mkdir ~/btrfs-subvolume-test
$ cd ~/btrfs-subvolume-test
在下面的文本中，您将在框中找到许多命令输出，如上所示。
创建并使用子卷
我们可以使用以下命令创建 Btrfs 子卷：
$ sudo btrfs subvolume create first
Create subvolume './first'
当我们检查当前目录时，我们将看到它现在有一个名为first 新文件夹。
$ ls -l
total 0
drwxr-xr-x. 1 root root 0 Oct 15 18:09 first
我们可以像处理任何常规文件夹一样处理它：我们可以重命名它，移动它，在里面创建新的文件和文件夹等。请注意，该文件夹属于 root，因此我们必须以 root 身份执行这些操作。
如果它的行为和外观都像文件夹，我们如何知道它是否是 Btrfs 子卷？我们可以使用_btrfs_工具列出所有子卷：
$ sudo btrfs subvolume list .
ID 256 gen 30 top level 5 path home
ID 257 gen 30 top level 5 path root
ID 258 gen 25 top level 257 path root/var/lib/machines
ID 259 gen 29 top level 256 path hartan/btrfs-subvolume-test/first
如果您使用的是最近安装的、未修改过的 Fedora Linux，您可能会看到与上面相同的输出。稍后我们将检查_home_和_root_以及所有数字的含义。现在，我们看到我们指定的路径上有一个子卷。我们可以将输出限制为当前位置下的子卷：
$ sudo btrfs subvolume list -o .
ID 259 gen 29 top level 256 path home/hartan/btrfs-subvolume-test/first
让我们重命名子卷：
$ sudo mv first second
$ sudo btrfs subvolume list -o .
ID 259 gen 29 top level 256 path home/hartan/btrfs-subvolume-test/second
我们还可以嵌套子卷：
$ sudo btrfs subvolume create second/third
Create subvolume 'second/third'
$ sudo btrfs subvolume list .
ID 256 gen 34 top level 5 path home
ID 257 gen 37 top level 5 path root
ID 258 gen 25 top level 257 path root/var/lib/machines
ID 259 gen 37 top level 256 path hartan/btrfs-subvolume-test/second
ID 260 gen 37 top level 259 path hartan/btrfs-subvolume-test/second/third
我们也可以删除子卷，就像删除文件夹一样：
$ sudo rm -r second/third
或者通过特殊的 Btrfs 命令：
$ sudo btrfs subvolume delete second
Delete subvolume (no-commit): '/home/hartan/btrfs-subvolume-test/second'
介绍中提到，Btrfs 子卷的作用类似于单独的文件系统
这意味着我们可以挂载子卷并向其传递一些挂载选项。首先，我们将创建一个小文件夹结构，以更好地了解发生了什么：
$ mkdir -p a a/1 a/1/b
$ sudo btrfs subvolume create a/2
Create subvolume 'a/2'
$ sudo touch a/1/c a/1/b/d a/2/e
其结构如下：
$ tree
.
└── a
├── 1
│ ├── b
│ │ └── d
│ └── c
└── 2
└── e
4 directories, 3 files
验证现在是否有新的 Btrfs 子卷：
$ sudo btrfs subvolume list -o .
ID 261 gen 41 top level 256 path home/hartan/btrfs-subvolume-test/a/2
要挂载子卷，我们必须知道 Btrfs 文件系统子卷所在的块设备的路径。以下命令告诉我们：
$ findmnt -vno SOURCE /home/
/dev/vda3
现在我们可以挂载子卷了。请确保将参数替换为您的 PC 的值：
$ sudo mount -o subvol=home/hartan/btrfs-subvolume-test/a/2 /dev/vda3 a/1/b
请注意，我们使用-o标志为 mount 程序提供附加选项。在本例中，我们告诉它从设备_/dev/vda3上的 btrfs 文件系统挂载名为home/hartan/btrfs-subvolume-test/a/2 的子卷。这是 Btrfs 特定的选项，在其他文件系统中不可用。
我们看到目录结构发生了变化：
$ tree
.
└── a
├── 1
│ ├── b
│ │ └── e
│ └── c
└── 2
└── e
4 directories, 3 files
请注意，文件_e_现在存在两次，而_d_已消失。我们现在可以通过两个不同的路径访问同一个 Btrfs 子卷。我们在任一路径中执行的所有更改都会立即反映在所有其他位置：
$ sudo touch a/1/b/x
$ ls -lA a/2
total 0
-rw-r--r--. 1 root root 0 Oct 15 18:14 e
-rw-r--r--. 1 root root 0 Oct 15 18:16 x
让我们再多玩一下挂载选项。例如，我们可以像这样将子卷挂载为_a/1/b_下的只读卷（插入您的 PC 的参数！）：
$ sudo umount a/1/b
$ sudo mount -o subvol=home/hartan/btrfs-subvolume-test/a/2,ro /dev/vda3 a/1/b
我们使用与上面相同的命令，只是在末尾添加了_ro 。现在我们不能再通过此挂载创建文件了：_
$ sudo touch a/1/b/y
touch: cannot touch 'a/1/b/y': Read-only file system
但直接访问子卷仍然像以前一样有效：
$ sudo touch a/2/y
$ tree
.
└── a
├── 1
│ ├── b
│ │ ├── e
│ │ ├── x
│ │ └── y
│ └── c
└── 2
├── e
├── x
└── y
4 directories, 7 files
在我们继续之前不要忘记清理一下：
$ sudo rm -rf a
rm: cannot remove 'a/1/b/e': Read-only file system
rm: cannot remove 'a/1/b/x': Read-only file system
rm: cannot remove 'a/1/b/y': Read-only file system
哦不，发生了什么？好吧，由于我们上面以只读方式_挂载了子卷，因此我们无法删除它。从文件系统的角度来看，删除是一种写入操作：要删除**a/1/b/e，**我们需要从其父目录（在本例中为 a/1/b）的目录内容中删除__e的目录条目。换句话说，我们必须_写入a/1/b以告诉它_e_不再存在。因此，我们首先再次卸载子卷，然后删除文件夹：
$ sudo umount a/1/b
$ sudo rm -rf a
$ tree
.
0 directories, 0 files
子卷 ID
还记得subvolume list 子命令的第一个输出吗？它包含很多数字，让我们看看它们到底是什么。我将输出复制到此处以便再次查看：
ID 256 gen 30 top level 5 path home
ID 257 gen 30 top level 5 path root
ID 258 gen 25 top level 257 path root/var/lib/machines
ID 259 gen 29 top level 256 path hartan/btrfs-subvolume-test/first
我们看到有三列数字，每列都以几个字母作为前缀来描述它们的作用。第一列数字是子卷 ID。子卷 ID 在 Btrfs 文件系统中是唯一的，因此可以唯一地标识子卷。这意味着名为home的子卷也可以通过其 ID 256来引用。在上面的 mount 命令中，我们写道：
$ sudo mount -o subvol=hartan/...
另一个完全合法的选择是使用子卷 ID：
$ sudo mount -o subvolid=...
子卷 ID 从256开始，每创建 1 个子卷，子卷 ID 增加 1。但是有一个例外：文件系统根目录始终具有子卷名称_/_和子卷 ID 5。没错，即使是 Btrfs 文件系统的根目录在技术上也是一个子卷。这只是隐式已知的，因此它不会显示在_btrfs subvolume list的输出中。如果您在没有subvol或subvolid参数的情况下挂载 Btrfs 文件系统，则subvolid=5的根子卷将被假定为默认值。下面我们将看到一个示例，说明何时可能需要明确挂载文件系统根目录。
第二列数字是生成计数器，每次 Btrfs 事务都会增加。这主要是内部计数器，这里不再进一步讨论。
最后，第三列数字是子卷_父卷_的子卷 ID 。在上面的输出中，我们看到子卷ome和root 的父子卷 ID 都是 5。请记住，ID 5 具有特殊含义：它是文件系统根。因此我们知道home和root是根子卷的子卷。另一方面，hartan/btrfs-subvolume-test/first是 ID 为 256 的子卷的子卷，在我们的例子中是home。
在下一节中，我们将了解子卷root和home来自哪里。
检查 Fedora Linux 中的默认子卷
当您从头开始创建新的 Btrfs 文件系统时，其中不会有任何子卷（当然，根子卷除外）。那么Fedora Linux 中的home子卷和root子卷来自哪里？
这些是由安装程序在安装时创建的。传统安装通常会为/和/home_目录包含一个单独的文件系统分区。在启动期间，这些分区会被适当地挂载以组装成一个完整的文件系统。但这种方法存在一个问题：除非您使用lvm之类的技术，否则很难在将来的某个时间点更改分区大小。因此，您可能会遇到这样的情况：您的/或/home空间不足，而相应的另一个分区则有大量未使用的可用空间。
由于 Btrfs 子卷都是同一文件系统的一部分，因此它们将共享底层文件系统提供的空间。还记得我们上面创建子卷的时候吗？我们从未告诉 Btrfs 它们有多大：子卷可以占用文件系统的所有空间，默认情况下没有什么可以阻止它这样做。但是，我们可以通过 Btrfs qgroups 动态施加大小限制，也可以在运行时修改这些限制（我们将在本系列的后续文章中了解如何修改）。
分离/和/home的另一个好处是，我们可以单独拍摄快照。子卷是快照的边界，快照永远不会包含拍摄快照的子卷下方的其他子卷的内容。本系列的下一篇文章将详细介绍快照。
理论讲得够多了！让我们看看这到底是怎么回事。首先确保您的根文件系统确实是 Btrfs 类型：
$ findmnt -no FSTYPE /
btrfs
然后获取其所在的分区：
$ findmnt -vno SOURCE /
/dev/vda3
记住，我们可以通过其特殊子卷 ID 5 来挂载文件系统根（调整文件系统分区！）：
$ mkdir fedora-rootsubvol
$ sudo mount -o subvolid=5 /dev/vda3 ./fedora-rootsubvol
$ ls fedora-rootsubvol/
home root
还有我们安装的 Fedora Linux 的子卷！但是 Fedora Linux 如何知道子卷root属于/，而home属于/home？
文件/etc/fstab包含有关文件系统的所谓静态信息。简单来说，在启动过程中，系统会逐行读取此文件，并挂载其中列出的所有文件系统。在我的系统上，该文件如下所示：
$ cat /etc/fstab
# [ ... ]
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Sat Oct 15 12:01:57 2022
# [ ... ]
#
UUID=5e4e42bb-4f2f-4f0e-895f-d1a46ea47807 / btrfs subvol=root,compress=zstd:1 0 0
UUID=e3a798a8-b8f2-40ca-9da7-5e292a6412aa /boot ext4 defaults 1 2
UUID=5e4e42bb-4f2f-4f0e-895f-d1a46ea47807 /home btrfs subvol=home,compress=zstd:1 0 0
（请注意，上面的“UUID”行已换行成两行）
每行开头的 UUID 只是一种识别系统中磁盘和文件系统分区的方法（大致相当于我_上面使用的/dev/vda3_）。第二列是文件系统树中应挂载此文件系统的路径。第三列是文件系统类型。我们看到/和/home 的条目类型为btrfs，这正是我们所期望的！最后，在第四列中，我们看到了神奇之处：这些是挂载选项，它说使用选项_subvol=root挂载/。这正是我们在_btrfs subvolume list /的输出中看到的子卷！
利用这些信息，我们可以重建创建此文件系统条目的mount调用：
$ sudo mount -o subvol=root,compress=zstd:1 UUID=5e4e42bb-4f2f-4f0e-895f-d1a46ea47807 /
这就是 Fedora Linux 使用 Btrfs 子卷的方式！如果你好奇为什么 Fedora Linux 决定使用 Btrfs 作为默认文件系统，请参阅下面链接的变更提案[1]。
有关 Btrfs 子卷的更多信息
Btrfs wiki 上有关于子卷的更多信息，最重要的是关于可以应用于 Btrfs 子卷的挂载选项。某些选项（如压缩）只能在文件系统范围级别应用，因此会影响 Btrfs 文件系统的所有子卷。您可以在下面找到链接的条目[2]。
如果您觉得难以区分哪些目录是普通目录，哪些是子卷，您可以随意为子卷采用特殊的命名约定。例如，您可以在子卷名称前加上“@”，以便于区分。
现在您知道子卷的行为类似于文件系统，有人可能会问如何最好地将子卷放置在某个位置。假设您想要一个位于~/games下的 Btrfs 子卷，其中您的主目录 ( ~ ) 本身就是一个子卷，您该如何实现呢？根据上述示例，您可以使用类似sudo btrfs subvolume create ~/games 的命令。这样，您就可以创建所谓的嵌套子卷：在您的子卷~中，现在有一个子卷games。这是解决这种情况的完美方法。
另一个有效的解决方案是执行 Fedora 默认的操作：在根子卷下创建所有子卷（即其父子卷 ID 为 5），并将它们挂载到适当的位置。Btrfs wiki 概述了这些方法，并简要讨论了它们对文件系统管理的各自影响[5]。
结论
在本文中，我们了解了 Btrfs 子卷，它们的作用类似于 Btrfs 文件系统中的独立 Btrfs 文件系统。我们学习了如何创建、挂载和删除子卷。最后，我们探索了 Fedora Linux 如何使用子卷——而我们却完全没有注意到。
本系列的下一篇文章将讨论：
- 快照
- 压缩——透明地节省存储空间
- Qgroups – 限制文件系统大小
- RAID – 替换 mdadm 配置
如果您想了解更多与 Btrfs 相关的其他主题，请查看 Btrfs Wiki [3]和文档[4]。如果您还没有看过本系列的第一篇文章，请不要忘记查看！如果您觉得本系列文章中缺少某些内容，请在下面的评论中告诉我们。下一篇文章再见！
