Arch 使用 Btrfs 文件系统的相关配置

Btrfs 是一种现代的 COW（Copy on Write）文件系统，具有子卷和快照功能，对于 Arch 这样的滚动更新的系统来说能够提供很好的系统备份和还原的方案。

一下的记录仅仅涉及到 Arch 安装和配置过程中涉及到 Btrfs 的部分，其余安装步骤可以参考官方文档

创建分区和建立子卷

首先使用 cfdisk 工具分配将要安装 Arch Btrfs 文件系统的分区，这里我分配的分区为/dev/nvme1n1p4

格式化 Btrfs 分区

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mkfs.btrfs -f -L Arch /dev/nvme1n1p4

挂载刚刚创建的 Btrfs 分区：

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mount /dev/nvmen1p4 /mnt

建立子卷

Btrfs 可以为子卷建立快照，其中，子卷的一份快照仅包含这个子卷的内容，对于下面嵌套的子卷，快照只会包含嵌套子卷的挂载点，而不会包含嵌套子卷的内容。利用这个特性，可以对整个系统进行快照，而排除一些目录（如用户数据等）。

子卷的规划参考了 openSUSE。

@ 对应 /
@home 对应 /home，/home 目录被自动排除在快照之外以避免因回滚造成的数据丢失。
@root 对应 /root，/root 目录因为和 home 分区相同的原因被排除在快照之外。
@tmp 对应 /tmp，/tmp 目录包含了应用程序产生的临时文件和缓存文件，它被排除在快照之外。
@opt 对应 /opt，第三方产品的安装目录经常是 /opt 。它被排除在快照之外以避免因为回滚而造成卸载应用。
@var 对应 /var，这个文件夹包含了各式各样的文件，如日志文件、临时缓存、存放于 /var/opt 的第三方产品，并且是许多虚拟机镜像和数据库默认的存储位置。因此将它排除在快照之外，让许多数据避免在系统回滚的过程中被损坏。
@usr_local 对应 /usr/local，在手动安装应用时会使用到该目录。它被排除在快照之外以避免因为回滚而造成卸载应用。

创建子卷：

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btrfs su cr /mnt/@
btrfs su cr /mnt/@home
btrfs su cr /mnt/@root
btrfs su cr /mnt/@tmp
btrfs su cr /mnt/@opt
btrfs su cr /mnt/@var
btrfs su cr /mnt/@usr_local

创建子卷结束后，卸载先前挂载的 /mnt 分区：

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umount /mnt

挂载子卷：

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mount -m /dev/nvme1n1p4 -o subvol=@,compress=zstd:1,noatime /mnt
mount -m /dev/nvme1n1p4 -o subvol=@home,compress=zstd:1,noatime /mnt/home
mount -m /dev/nvme1n1p4 -o subvol=@root,compress=zstd:1,noatime /mnt/root
mount -m /dev/nvme1n1p4 -o subvol=@tmp,compress=zstd:1,noatime /mnt/tmp
mount -m /dev/nvme1n1p4 -o subvol=@opt,compress=zstd:1,noatime /mnt/opt
mount -m /dev/nvme1n1p4 -o subvol=@var,compress=zstd:1,noatime /mnt/var
mount -m /dev/nvme1n1p4 -o subvol=@usr_local,compress=zstd:1,noatime /mnt/usr/local

compress=zstd:1 指定了所使用的压缩算法以及压缩等级。
在默认情况下，每次访问文件时，文件系统都会更新文件的一些时间戳，这在绝大多数时间都是没有必要的，通过 noatime 可以禁止文件读取时时间元数据的更新，可以显著提高文件系统的性能。

为 /var 文件夹关闭 COW 功能：

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chattr +C /mnt/var/

至此，Btrfs 文件系统的初始化已经完成，后续正常进行系统的安装和配置。

注意事项

在生成 fstab 时系统会自动给子卷加上 subvolid，这会导致快照的恢复出现问题，建议删除。

生成 fstab 的命令：

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genfstab -U /mnt >> /mnt/etc/fstab

删除的命令：

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sed -i 's/subvolid=.*,//' /mnt/etc/fstab

使用 snapper 创建和管理快照

snapper 是 openSUSE 团队的 Arvin Schnell 所开发的工具，可以用于管理 Btrfs 子卷和快照。

通过 pacman 安装 snapper：

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sudo pacman -S snapper

创建 snapper 配置文件：

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sudo snapper -c root create-config /

编辑配置文件 /etc/snapper/configs/root：

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# start comparing pre- and post-snapshot in background after creating
# post-snapshot
BACKGROUND_COMPARISON="yes"

# run daily number cleanup
NUMBER_CLEANUP="yes"

# limit for number cleanup
NUMBER_MIN_AGE="3600"
NUMBER_LIMIT="40"
NUMBER_LIMIT_IMPORTANT="10"

# create hourly snapshots
TIMELINE_CREATE="yes"

# cleanup hourly snapshots after some time
TIMELINE_CLEANUP="yes"

# limits for timeline cleanup
TIMELINE_MIN_AGE="3600"
TIMELINE_LIMIT_HOURLY="5"
TIMELINE_LIMIT_DAILY="5"
TIMELINE_LIMIT_WEEKLY="0"
TIMELINE_LIMIT_MONTHLY="0"
TIMELINE_LIMIT_QUARTERLY="0"
TIMELINE_LIMIT_YEARLY="5"

# cleanup empty pre-post-pairs
EMPTY_PRE_POST_CLEANUP="yes"

# limits for empty pre-post-pair cleanup
EMPTY_PRE_POST_MIN_AGE="3600"

启动相关 systemd 服务：

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sudo systemctl enable --now snapper-timeline.timer
sudo systemctl enable --now snapper-cleanup.timer

以上服务分别配置 snapper 根据时间线每小时，每天和每年创建快照，以及自动清理快照。

也可以安装 btrfs-assistant 包，使用 GUI 管理 Btrfs 快照和子卷。

pacman snapper 工具

安装软件包 snap-pac：

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sudo pacman -/s snap-pac

pacman hook，让 snapper 自动在 pacman 命令执行前后创建 pre 和 post 快照，就像 openSUSE 在 zypper 命令前后所做的那样。

安装 grub-btrfs 包：

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sudo pacman -S grub-btrfs

grub-btrfsd 服务需要 inotify-tools，可能需要另外安装：

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sudo pacman -S inotify-tools

启动服务：

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sudo systemctl enable --now grub-btrfsd.service