Btrfs ist ein spezielles Dateisystem für erhöhte Ausfallsicherheit. Wie es funktioniert und welche Vorteile es gegenüber ext4 und ZFS hat, erklären wir hier.
Btrfs: Was ist das?
Btrfs ist ein Dateisystem für Ausfallsicherheit. Die Abkürzung „BTRFS“ steht für „B-Tree FS“, auch bekannt als „Butter FS“ oder „Better FS“. Die Bezeichnung „Tree“ (also Baum) weist auf die besondere Funktionsweise von Btrfs hin. Denn anders als andere Dateisysteme erstellt das sogenannte Copy-on-Write-Dateisystem Btrfs bei jeder Schreiboperation eine neue Version der Datei, anstatt die ursprüngliche Datei zu überschreiben, um eine hohe Ausfallsicherheit zu gewährleisten.
Aufgrund seiner „Selbstheilungs“-Eigenschaften, wird es gern als Alternative zu den Dateisystemen ext4 oder ext3 genutzt, vor allem wenn es um große Datenmengen und hohe Zuverlässigkeit geht (Beispiel: NAS-Systeme im Heimnetzwerk/Kleinunternehmen). Es ist als Open-Source-Software für Linux und Windows verfügbar.
Eigenschaften:
- Copy-on-Write (CoW): Schreibt Datenänderungen an neue Orte für schnelle Datenwiederherstellung bei Schreibfehlern.
- Datenintegrität: Berechnet Prüfsummen für Daten und Metadaten zur Fehlererkennung und -behebung.
- Snapshots: Erzeugt schnelle, platzsparende Kopien des Dateisystems zu einem bestimmten Zeitpunkt (für einfache Wiederherstellung).
- Integrierte RAID-Unterstützung von RAID 0, 1, 10, 5 und 6 direkt im Dateisystem.
- Subvolumes: Verwaltung von separaten logischen Einheiten innerhalb eines Dateisystems.
- Komprimierung: Unterstützt transparente Datenkomprimierung zur Platzersparnis.
- Selbstheilung: Erkennt und korrigiert Datenfehler automatisch.
- Zugriffskontrolle: Unterstützung von Access Control Lists (ACLs) gemäß POSIX-Standard.
- Maximale Dateisystem-/Partitions-/Dateigröße: 16 Exbibyte (EiB). Das entspricht also etwa 18,4 Milliarden Gigabyte.
- Maximale Dateianzahl: 2^64 Dateien (= 18.446.744.073.709.551.616). Das entspricht also ungefähr 18,4 Trillionen.
- Erlaubte Dateinamen: Alle Zeichen außer „\0“ (Null-Byte) und „/“ (Schrägstrich). Dateinamen dürfen in der Regel bis zu 255 Zeichen lang sein.
- Größenänderung: Vergrößerung oder Verkleinerung des Dateisystems im laufenden Betrieb.
Falls ihr ein NAS-Upgrade machen wollt, ist jetzt vielleicht der richtige Zeitpunkt, um auf Btrfs zu wechseln. Hier erklären wir, wie ihr eure Festplatten durch größere tauscht und eure Daten behaltet:
Wie funktioniert das Copy-on-Write-Dateisystem?
In Dateisystemen wie NTFS, FAT32 der ext4 gehen die ursprünglichen Daten verloren, wenn diese mit einer neuen Version überschrieben werden. Btrfs macht das anders:
- Bevor Daten überschrieben werden, erstellt Btrfs eine Sicherungskopie der vorherigen Daten.
- Werden diese wiederum überschrieben, wird wieder eine vorherige Version abgespeichert, wodurch sich nach und nach eine verzweigende Struktur ergibt (ähnlich der eines Baums).
- Dadurch wird die Datenintegrität und -verfügbarkeit gewährleistet. Denn selbst wenn ein Schreibfehler geschehen sollte, kann Btrfs die vorherige gültige Dateiversion wiederherstellen.
Die Snapshot-Funktion
Das Dateisystem Btrfs kann sogenannte Snapshots erstellen. Das ist im Grunde ein vollständiges Backup auf derselben Partition/Festplatte: Der Datenzustand aller Dateien wird also abgespeichert. Möchte man später genau diesen Datenzustand aller Dateien wieder haben, stellt man den entsprechenden Snapshot wieder her. Wenn man mehrere Snapshots erstellt, speichert Btrfs aber nur die Daten, die sich geändert haben, wodurch die Snapshot-Datenmengen geringer ausfallen als ein neues Komplett-Backup.
Hier seht ihr den Vergleich zwischen exFAT und NTFS:
Vergleich: Btrfs vs. ext4
Im Vergleich zu ext4 hat Btrfs folgende Vorteile:
- Unterstützt Prüfsummen für Daten und Metadaten, um Datenkorruption zu erkennen und zu beheben.
- Integrierte RAID-Unterstützung.
- Transparente Datenkomprimierung zur Platzersparnis.
- Unterstützt Subvolumes.
- Größere Partitionen (16 EiB vs. 1 EiB)
- Höhere Anzahl an Dateien (2^64 vs. 2^32)
- Transparente Komprimierung und Verschlüsselung
- Bessere Unterstützung für SSDs
Aber: Btrfs kann bei intensiven Schreibvorgängen langsamer sein, aufgrund seiner Copy-on-Write-Funktionsweise.
Vergleich: Btrfs vs. ZFS
- Beide Dateisystem nutzen Prüfsummen, um Datenkorruption zu erkennen und zu korrigieren.
- Beide unterstützen Snapshots.
- Beide unterstützen transparente Komprimierung.
- Beide unterstützen RAID-Funktionen. ZFS unterstützt auch RAID-Z, um das „Write Hole“-Problem zu lösen.
- Btrfs ist in den meisten Linux-Distributionen integriert und benötigt keine spezielle Hardware. ZFS hat hingegen höhere Speicheranforderungen und benötigt oft mehr Arbeitsspeicher.
Hinweis: Btrfs ist in vielen Bereichen noch nicht so stabil wie ZFS, insbesondere bei RAID 5/6. In Unternehmen ist ZFS oft die bevorzugte Wahl wegen seiner Stabilität und ausgereiften Funktionen.
