btrfs 元数据满了怎么办

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上一篇《btrfs 翻车记》记叙了我们服务器上的 btrfs 出事的情况，好像吓到一些用户了 QAQ。其实那次情况比较特殊啦。一般来说，就算元数据用满了，也不至于改内核代码才能救回来。不过元数据满的问题确实困扰了许多用户，正好这些天群里有不少人遇到了，本文就记录一下元数据满了之后如何处置。

问题和处置

问题的现象是部分文件操作报错「No space left on device」，但是 df 等工具明明报告还有空间。btrfs filesystem usage 的输出是这样：

我们可以看到，还有 373G 的空闲空间（Free）呢。但是呢，「Device unallocated」已经不足 1G 了。在充分大的文件系统上，btrfs 会以 1G 为单位来分配块组（block group，简称 bg）。所以现在这个情况，已经无法分配新的 bg 啦。然后我们再往下看，「Metadata」的部分，总共 4.5G，已经用了 4G。还剩下 512M，刚好是 Global reserve 的大小。也就是说，不算保留空间的话，元数据已经没有空间可用了，所以才会报错。

那现在怎么办呢？如果文件系统上有不需要的很大的文件，并且没有快照，删除后空间可以立即释放的话，可以删除试试，看看能不能刚好空出来一个 bg。不然就试着跑一下 balance，像这样：

这个命令是说，把使用率为 0% 的数据 bg 整理一下。从输出「had to relocate 0 out of ...」可以看出，没有这样的 bg，操作没有效果。可以试试增加 -dusage 的值，看看能不能成功。很遗憾，这个案例中未能成功：

那只有另外添加一些空间来腾挪数据了。如果有闲置的分区（或者暂时用不上的 swap 分区）就可以拿来用。不然的话插个U盘也行。不需要多大，几个 G 就行。挪好数据就可以去掉了，不会长期使用的。另一种很有风险的做法是使用内存来暂存数据，但这样一旦死机或者断电，整个文件系统就完蛋了，不建议使用。

准备好空闲分区后，就可以 btrfs device add 添加上去了。这里通常要加 -f 参数，抹除分区里原有的数据。注意不要添加错设备了哦。

可以看到，设备添加上去之后，又可以往文件系统里写数据了。接下来跑 btrfs balance -dusage=10 之类的命令腾些数据 bg 出来就好了。这里要注意只 balance 数据 bg，不要动元数据的 bg，因为元数据越是集中存放，将来就越可能需要分配新的 bg，就越有可能遇到没 bg 可以分配的情况。

btrfs-heatmap 工具可以查看 bg 的分布和使用情况。以下是 balance 好之后的状态（使用 --curve linear 参数）：

图中，白色的是数据 bg，蓝色的是元数据 bg。颜色越亮，使用率越高。纯黑的是未分配空间。可以看到，这里有大量用得不多的数据 bg。balance 操作就是把它们给合并了一些，空出来不少黑色区域（最下方的黑色部分是新添加的设备上的未分配空间）。这是 usage 截图：

算一算，除去新添加设备的空间，原存储设备上也能有 46G 的未分配空间了（看上去新添加设备并没开始使用，只是让 btrfs 相信它有足够的空间用）。接下来把之前添加的设备删除就可以了：btrfs device del /dev/sdb1 /。等它运行完毕就可以拔掉该设备了（如果是可移动介质的话）。

预防

这个问题的本质就是 bg 的碎片化导致明明看上去有空间，但是元数据用不了，因此报错，需要手动处理。要识别即将出问题的文件系统也很简单：btrfs filesystem usage 看一看，如果「unallocated」很小（不足 1G）就要赶紧 balance 一下了（当然前提是有不少碎片化的空闲空间）。注意，这个时候千万不要删快照！删快照可能会快速消耗保留的元数据空间，从而导致添加设备都加不上、还报错只读的情况。

btrfs 最近添加了自动块组回收（automatic block group reclaim）功能，但默认并没有启用。因为是新功能，可能会有 bug，你也不知道它会什么时候运行，所以我暂时不建议使用。自己写个定时脚本，在系统空闲的时候运行也不错的。

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