Sebastian
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BTRFS – balance vs defragment oder was sind diese Chunks und Extents für …
« am: 07. Oktober 2025, 10:55:50 »
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Einleitung:
Habt ihr euch schon mal gefragt, worin eigentlich der Unterschied zwischen einem btrfs balance und einem btrfs filesystem defrag liegt? Beide Befehle verschieben Daten auf der Festplatte, aber auf ganz unterschiedlichen Ebenen. Um das zu verstehen, muss man wissen, wie Btrfs intern mit Speicherplatz umgeht – nämlich über sogenannte Chunks und Extents.
TLDR;
balance verschiebt ganze Speicherbereiche (Chunks), um Platz optimal zwischen Daten- und Metadatenpools zu verteilen.
defrag arbeitet innerhalb dieser Bereiche und ordnet einzelne Extents einer Datei neu, um sie zusammenhängender zu machen und ggf. nachträglich zu komprimieren.
Hauptteil:
Btrfs organisiert Speicher in Chunks. Ein Chunk ist ein physischer Speicherbereich auf dem Datenträger, der einer logischen Kategorie (z. B. Daten oder Metadaten) zugeordnet ist. Wenn ein Chunk zu 75 % gefüllt ist, entscheidet der Allocator, ob ein neuer Chunk angelegt werden muss. Diese Entscheidung hängt von freien Bereichen, Fragmentierung und verfügbaren Platzreserven ab.
Das Werkzeug btrfs balance ist dafür zuständig, Daten zwischen diesen Chunks neu zu verteilen – etwa um ungleichmäßig gefüllte Bereiche auszugleichen oder redundante Kopien besser zu verteilen. Ein Balance-Lauf kann also als „Chunk-Neuordnung“ betrachtet werden.
Eine Ebene darüber liegen die Extents. Das sind die eigentlichen Speicherabschnitte, in denen Dateiinhalte gespeichert werden. Innerhalb eines Chunks werden Extents angelegt, erweitert, geteilt und gelöscht. Wenn eine Datei fragmentiert ist, liegen ihre Extents über mehrere Chunks oder weit inerhalb eines Chunks voneinander entfernt.
Hier greift btrfs filesystem defrag ein: Es liest die betroffenen Extents einer Datei und schreibt sie möglichst zusammenhängend wieder neu. Dadurch werden nicht nur Lesezugriffe schneller, sondern es kann auch die nachträgliche Kompression aktiviert werden – denn Btrfs komprimiert auf Extent-Ebene. Wer also beim Mounten keine Kompression aktiv hatte, kann sie mit
btrfs filesystem defragment -r -c Kompressions-Alogritmus[:Level] /pfad/zur/datei-oder-verzeichnis
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nachträglich anwenden.
Ein Nachteil: Wenn Snapshots im Spiel sind, behalten diese ältere Versionen von Extents bei. Wird beim Defragmentieren ein Extent neu geschrieben, belegt die neue Kopie zusätzlichen Speicher, während die alte Version im Snapshot verbleibt. So kann eine Defragmentierung temporär mehr Platz verbrauchen – ein Preis für mehr Ordnung.
Beispiele:
Ein anschauliches Beispiel:
Man schreibt eine 1 GiB große Datei auf ein Btrfs-Dateisystem. Der Ablauf sieht in etwa so aus:
- Der Allocator prüft, ob im aktuellen Daten-Chunk genügend Platz vorhanden ist. Falls nicht, wird ein neuer Chunk (z. B. 1 GiB groß) angelegt.
- Innerhalb des Chunks werden Extents erstellt, typischerweise in Größen zwischen 128 KiB und 1 MiB.
- Die Datei wird in Extents aufgeteilt und geschrieben. Wenn Kompression aktiv ist, wird jeder Extent einzeln komprimiert.
- Sobald ein Extent geschrieben ist, wird der nächste angelegt – bis die Datei vollständig geschrieben ist.
Wenn man nun fallocate -l 1G testfile.img nutzt, wird zwar 1 GiB Platz reserviert, aber die Extents bleiben zunächst leer. Btrfs garantiert nur, dass genügend Platz im Pool vorhanden ist, nicht dass die Daten später linear geschrieben werden. Beim tatsächlichen Befüllen können neue Extents entstehen, insbesondere wenn Snapshots diese leeren Bereiche „halten“. Erst wenn diese Extents nicht mehr von einem Snapshot referenziert werden, gibt Btrfs den Platz wieder frei. Dennoch hilft eine vorherige Platzreservierung den btrfs Allocator extens einzuplanen so das diese nach möglichkeit nah aneinanderliegen.
Fazit:
btrfs balance kümmert sich um die Verteilung ganzer Speicherpools, btrfs filesystem defrag um die innere Ordnung einzelner Dateien. Beide greifen ineinander, aber auf unterschiedlichen Ebenen: der Chunk- und der Extent-Ebene.
Das Zusammenspiel zeigt, wie ausgeklügelt Btrfs mit Platzmanagement umgeht – und warum mehr Struktur nicht automatisch weniger Fragmentierung bedeutet, besonders wenn Snapshots im Spiel sind.
Quellenangabe:
PS:
Ich würde euch bitten, falls euch meine Beiträge gefallen oder vielleicht auch helfen Abläufe oder zusammenhänge besser zu verstehen – hinterlasst mir ein kurzen Kommentar. Das hilft mir beim schreiben nicht die Motivation zu verlieren. Zwar mache ich das in erster Linie für mich in Form meiner Wissensarbeit um ein besseres Verständnis aufzubauen. Es macht mir aber natürlich um so mehr Spass wenn noch andere von meinen Wissen profitieren können.
Oder es in den Worten einer anderen sehr schlauen Person auszudrücken 
| Wissen ist das einzige Gut, das mehr wird, wenn man es teilt - wenn es Menschen gibt, die es teilen, und es Menschen gibt, die bereit sind, dieses Geschenk auch mit eigenem Einsatz anzunehmen. |
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Dies soll mein Beitrag sein, der Open Source Community etwas zurück zu geben für all die tollen Tools die ich dank dieser großen freien Gemeintschaft Tag täglich nutzen darf.
Edit:
Ich habe Testweise meinen Beitrag mit der freien Thorsten Voice Stimme synthetisiert.
Den Beitrag könnt ihr hier als opus Datei herunterladen.
Lasst mich bitte wissen ob die Sprachausgabe einen nutzen für euch hat. Sonst spare ich mir die Zeit – denn auch dadrin steckt arbeit, da ich ein wenig bei der Aussprache nachkorrigieren muss.
LG
Sebastian
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| « Letzte Änderung: 08. Oktober 2025, 16:01:01 von Sebastian » |
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