Btrfs

Vollständige Bezeichnung	B-tree FS
Erstveröffentlichung	Für Linux am 12. Juni 2007, als Beta (mit Version 3.10) ab Juni 2013, stabil seit 27. Oktober 2014; für Windows (mit Version 0.1) am 21. Februar 2016, stabil (ab 1.0) seit 4. September 2017<ref name="GitHub">WinBtrfs: Readme (englisch) – GitHub, am 4. September 2017; zudem (wohl auch schon ab 2016) u. a. mit und „“ (Übersetzung zum letzten Satz: „Es ist auch als Teil des […] Betriebssystems ReactOS enthalten.“)</ref> (Linux, Windows)
Technische Umsetzung
Verzeichnisse	B+-Baum<ref>Valerie Aurora geb. Henson: btrfs: Pre-history In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ():  </ref>
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<ref name="chris-mason-btrfs">Vorlage:Webarchiv/WaybackVorlage:Webarchiv/Wartung/URL</ref>
Unterstützende Betriebssysteme	Linux, ReactOS, Windows

Das „“<ref> (Blog) TuxCare, ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ():  </ref> bzw. Btrfs<ref>Der erste Buchstabe wird großgeschrieben.</ref> (als gelesene Abkürzung auch manchmal gesprochen; „Btr“ für und „FS“ bzw. „fs“ für , also Dateisystem)<ref>Valerie Henson: (OGG) ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen (106,8 MB, Laufzeit 18 Minuten, 49 Sekunden):  </ref><ref>Jake Edge: In: Eklektix, Inc., ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> ist ein Copy-On-Write-Dateisystem, das seit 2007<ref name="mason2007" /> als freie Software unter der GNU General Public License (GPL) für Linux-Betriebssysteme im Rahmen des Linux-Kernels und seit 2016, mit der Bezeichnung WinBtrfs, plattformübergreifend für Windows<ref>Experimentell: Freier Treiber für Btrfs-Filesystem unter Windows – Heise, am 22. Februar 2016.</ref> (ab Windows 7)<ref name="GitHub" /> sowie ReactOS<ref name="GitHub" /><ref>ReactOS 0.4.1 Released (englisch) – Reactos Project, am 17. Mai 2016; u. a. mit „“</ref> entwickelt wird.

Btrfs wird seit einiger Zeit als Nachfolger des bislang im Linux-Umfeld vorherrschenden (seit 2008 in Version 4 als ext4-Dateisystem) gehandelt. So setzte Andrew Morton,<ref>Andrew Morton: (PDF; 58 kB) ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ():  </ref><ref> In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> einer der prominentesten Linux-Kernel-Entwickler, 2008 „auf längere Sicht auf Btrfs“. Da jedoch beide Dateisysteme gewisse Vorteile bieten und auch beide aktiv weiterentwickelt werden, hat Btrfs diese Nachfolge bisher nicht angetreten – es bietet stattdessen eine zusätzliche Wahlmöglichkeit für Distributoren und Anwender.

Eigenschaften

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 Datenblöcken organisiert. Es erfolgt dann beispielsweise im RAID 1 keine Spiegelung der Datenträger, sondern es wird sichergestellt, dass jeder Datenbereich auf wenigstens zwei Datenträgern abgelegt wird. Sofern der größte Datenträger nicht größer ist als die restlichen zusammengenommen, wird es so möglich, einen RAID 1 aus einer ungeraden Anzahl von Datenträgern unterschiedlicher Kapazität zu bilden – unter voller Ausnutzung ihrer Kapazität.

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.<ref>Theodore Ts’o: [ ] In: KernelTrap, , archiviert vom Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar) am 2008-09-03; abgerufen (). </ref>

Zu Btrfs gehört das Dienstprogramm btrfs-convert, mit dem bestehende ext3- und ext4-Dateisysteme in Btrfs-Dateisysteme konvertiert werden können. Die Konvertierung ist reversibel.<ref>Michael Kofler: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref>

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:

• erweiterter Speicherbereich (2⁶⁴ Byte)
• effizientes Speichern kleiner Dateien und Verzeichnisse
• dynamische Inodes
• Schnappschüsse
• mehrere Subvolumen (also untergeordnete oder auch Volumen­teile)
• Datenkompression (mit zlib, lzo oder zstd)
• Dateisystemcheck und Defragmentierung während des Betriebs
• effiziente interne inkrementelle Datensicherung
• Copy-On-Write
• Prüfsummen
• integriertes RAID, Spiegelung und Aneinanderhängen von Objekten (RAID 0, RAID 1, (experimentelle Unterstützung von RAID 5 & RAID 6), RAID 10<ref>Thorsten Leemhuis: In: Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG, ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref><ref>Michael Larabel: phoronix, ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref>)
• Im Gegensatz zu seinen direkten Konkurrenten ZFS und Bcachefs, unterstützt Btrfs nicht nur eine Vergrößerung, sondern auch eine Verkleinerung von Partitionen.<ref> In: Ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref>
• Anders als ZFS und Bcachefs unterstützt Btrfs bisher keine eigene (native) Verschlüsselung, ist aber kompatibel mit Verschlüsselung in einem gestackten Dateisystem mit eCryptfs oder EncFS.<ref> In: Ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref>

Geschichte

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.<ref>Ohad Rodeh: (PDF; 2,5 MB) ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref>

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.<ref name="mason2007">Chris Mason: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref><ref>Valerie Aurora: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref>

Am 9. Januar 2009 wurde Btrfs erstmals in den Linux-Kernel 2.6.29 aufgenommen.<ref>Jonathan Corbet: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> In einigen Linux-Distributionen steht das Dateisystem bereits offiziell bei der Installation zur Auswahl.

Linux

Für die meisten Linux-Distributionen ist Btrfs eines der zur Auswahl stehenden Dateisysteme oder es existieren Pakete, um es manuell einzurichten. Für den experimentellen Einsatz wurde das Dateisystem erstmals unter OpenSUSE 11.3 unterstützt<ref>[ ] 1.1 Support for the new Btrfs file system In: Archiviert vom Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar) am 2010-07-26; abgerufen ():  </ref> sowie unter Oracle Linux Release 2.<ref>Oliver Diedrich: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> Beispielsweise können die Distributionen Arch Linux, Debian, Fedora, Gentoo, RHEL und Ubuntu optional auf Btrfs installiert werden bzw. Btrfs- nutzen.

Als Standard-Dateisystem findet sich Btrfs auf den Distributionen MeeGo,<ref>Mirko Dölle: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> SUSE Linux Enterprise Server 12 (SLES 12),<ref>SUSE: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> Garuda Linux<ref> Ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> und openSUSE ab Version 13.2.<ref name="heiseonline_2441505">Vorlage:Heise online</ref>

Auf Fedora sollte nach 2008 Btrfs auch als Standard-Dateisystem verwendet werden,<ref>Jörg Thoma: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> wurde jedoch immer wieder verworfen, weil einige Werkzeuge zum Administrieren des Dateisystems noch nicht ausgereift waren.<ref>Thorsten Leemhuis: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref><ref name="fedoraproject.org">fedoraproject.org: Vorlage:Webarchiv/WaybackVorlage:Webarchiv/Wartung/URL (englisch)</ref><ref>Chris Murphy: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> Fedora 33, erschienen im Oktober 2020, hat nach über 10 Jahren<ref>Ferdinand Thommes: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref><ref> ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> Btrfs als Standard-Dateisystem letztlich doch eingeführt.<ref name="heiseonline_4940606">Vorlage:Heise online</ref>

2017 gab Red Hat bekannt, Btrfs in RHEL nicht mehr zu unterstützen,<ref>golem.de: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> woraufhin es in RHEL 8 (2019) nicht mehr enthalten war.<ref name="heiseonline_4878486">Vorlage:Heise online</ref> Wie sich die Entscheidung von Fedora, der freien Basis von RHEL, auf das kommerzielle Linux von Red Hat auswirkt, bleibt noch abzuwarten.<ref name="heiseonline_4878486" /> Canonical setzt indes unter Ubuntu auf das mit Btrfs vergleichbare Dateisystem OpenZFS (), das seit Version 16.04 immer mehr in die Distribution integriert wird, beinhaltet jedoch Unterstützung für Btrfs.

Stand September 2025 wird von der Verwendung von Btrfs mit RAID 5 oder RAID 6 noch abgeraten.<ref> In: Ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> Dafür sind drei noch nicht gelöste Probleme in diesem Betriebsmodus verantwortlich. Bei einem Stromausfall kann es zu einer Desynchronisierung kommen, da eine Journal-Lösung noch fehlt. Fehlerhafte Daten könnten zu einem führen, womit Folgefehler auftreten. Schließlich führt zu einer hohen Ein- und Ausgabelast, die bei RAID5 zweimal so hoch und bei RAID6 dreimal so hoch sein kann.<ref>https://lore.kernel.org/all/86f8b839-da7f-aa19-d824-06926db13675@gmx.com/ (amerikanisches Englisch)</ref>

Windows und ReactOS

Der Dateisystemtreiber WinBtrfs ermöglicht die Verwendung des Dateisystems unter Windows und ReactOS.<ref>maharmstone: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref>

Kritik am Design

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.<ref>Edward Shishkin: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref><ref>Edward Shishkin: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref><ref>[ ] In: , archiviert vom Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar) am 2011-07-20; abgerufen (). </ref> Die Btrfs-Entwickler widersprachen der Behauptung, dass es sich um einen Designfehler handele. Sie bezeichneten es vielmehr als Implementierungsfehler, der bereits behoben sei.<ref>[ ] In: Archiviert vom Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar) am 2015-10-06; abgerufen (). </ref> Im August 2017 kündigte Red Hat an, langfristig die Unterstützung von Btrfs in Red Hat Enterprise Linux (RHEL) einzustellen.<ref></ref> Anlass dafür seien Probleme des Dateisystems im Zusammenspiel mit Docker, sowie Anwenderbeschwerden, die nach Aussage von Mitentwicklern häufig aufwändige manuelle Korrekturen im Dateisystem erforderten.<ref></ref> Die zu dem Zeitpunkt aktuelle Version von RHEL nutzte allerdings den Linux-Kernel 3.10, der den Btrfs-Entwicklungsstand von 2013 widerspiegelt und von den Btrfs-Entwicklern nicht empfohlen wird.<ref> Ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen  </ref> Im gleichen Jahr kaufte Red Hat die Firma Permabit und deren kommerzielle Daten-Deduplizierung.<ref> Ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen  </ref> 2017 kündigte Red Hat die Ablöse von Btrfs aus RHEL an, entwickelte aber mit Stratis an einer eigenen Technik mit ähnlichen Fähigkeiten.<ref>Swapnil Bhartiya: In: ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ():  </ref> 2018 wurde in RHEL schließlich sowohl Btrfs als auch ZFS durch Stratis ersetzt.<ref>Udo Seidel: In: Heise, , S. 56; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen (iX 1/2019, S. 56).Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref>

Siehe auch

• Liste von Dateisystemen

Weblinks

• BTRFS-Dokumentation (englisch)
• btrfs Wiki Archiv (obsolet) (englisch)
• Linux 3.8 File-System Testing From A SATA 3.0 HDD (englisch)
• Ein Btrfs-Praxis-Check und -Workshop – Admin-Magazin, Version 05/2012; auch zu Snapshots, Subvolumes und Benchmark
• Befehle Btrfs-Dateisystem – Ubuntuusers-Wiki

Einzelnachweise

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