Qu'est-ce que le système de fichiers Btrfs et devriez-vous l'utiliser ?

Vous avez un nouveau produit sous Linux et il vous demande déjà de prendre des décisions cruciales ? Quel rabat-joie ! Il est vrai que le choix d'un système de fichiers pour Linux peut être un véritable défi, c'est pourquoi nous le comprenons. Heureusement pour vous, c'est aussi un sujet sur lequel nous avons beaucoup de connaissances.

Aujourd'hui, nous allons aborder le sujet du système de fichiers Btrfs et de sa comparaison avec son concurrent, le système de fichiers EXT4.

Explication des systèmes de fichiers

La façon la plus simple pour expliquer un système de fichiers est de le considérer comme une base de données de tous les fichiers d'un système d'exploitation. Chaque système d'exploitation dispose d'un système de fichiers qui permet de stocker efficacement les données et de les récupérer lorsque cela est nécessaire. Un système de fichiers vous indique l'emplacement et le mode de stockage d'un fichier spécifique.

Comme vous pouvez l'imaginer, un système de fichiers a une importance capitale pour le bon fonctionnement de votre appareil et de l'ensemble de son système de stockage.

Vous pouvez visionner la vidéo ci-dessous pour en savoir plus :

Alors que Windows et macOS ont des systèmes de fichiers par défaut qui ne peuvent pas être remplacés, Linux est différent à ce propos et est plus exigeant.

En installant Linux sur votre appareil, vous devez faire un choix entre les systèmes de fichiers Ext, Ext2, Ext3, Ext4, XFS, Btrfs, ZFS, JFS, ReiserFS ou encore l'espace d'échange (swap). L'option par défaut du système d'exploitation Linux est Ext4, mais de plus en plus d'utilisateurs préfèrent le remplacer par Btrfs.

Pourquoi ?

Nous allons le découvrir plus bas.

Qu'est-ce que le système de fichiers Btrfs ?

Le système de fichiers Btrfs, comme tous les autres systèmes de fichiers, contrôle ce qui se passe avec les fichiers une fois qu'ils ont été modifiés. Pour cela, Btrfs a une approche unique. La principale caractéristique de ce système de fichiers est sa technique de gestion des ressources dite Copie sur écriture ("copy-on-write" ou COW). Ce mécanisme ne remplace pas les fichiers par des versions modifiées, il conserve plutôt les deux versions en enregistrant une copie sur un nouveau fichier.

Une excellente caractéristique du système de fichiers Btrfs réside dans le fait qu'il ne crée pas de doublons lors de la création de copies.

Vous demandez-vous comment c'est possible ?

Le système de fichiers Btrfs ne copie pas un fichier dans son intégralité, mais uniquement une partie modifiée en prenant un instantané (snapshot). En termes d'efficacité, il s'agit d'un truc incroyable étant donné qu'il permet d'éviter la duplication. Comme il n'y a aucune raison de créer une copie du fichier original, Btrfs prend de minuscules instantanés qui ne créent pas d'encombrement.

C'est pour cette raison, entre autres, que Btrfs est devenu très populaire avec l'émergence de Fedora au début des années 2000, surtout pour les cas d'utilisation qui impliquent un grand espace de stockage et des performances rapides.

Le système de fichiers Btrfs est également connu sous le nom de système de fichiers Arbre B. Il est stable dans le noyau Linux depuis 2013 et est resté entièrement open-source.

Caractéristiques du système de fichiers Btrfs

Btrfs fait partie des nombreuses options de systèmes de fichiers pour les périphériques Linux.

Outre les instantanés, avec lesquels il est possible de stocker jusqu'à 16 exbibytes ou 18446,7 pétaoctets de données, le système de fichiers Btrfs propose un éventail d'autres fonctionnalités. Les utilisateurs de Linux peuvent les trouver utiles et les préférer par rapport à d'autres systèmes de fichiers.

Parmi les meilleures propriétés du système de fichiers Btrfs, nous pouvons citer les suivantes.

Nous avons déjà évoqué les instantanés comme étant la fonctionnalité la plus caractéristique et la plus souhaitable de Btrfs, mais soulignons-la à nouveau pour plus de clarté. Un instantané de fichier est la façon dont le mécanisme de copie sur écriture de Btrfs gère les modifications de fichiers. Techniquement, il s'agit d'un sous-volume contenant les mêmes données et métadonnées que le fichier d'origine, à l'exception de la partie non modifiée.

Le clonage de fichiers est le mécanisme à la base des instantanés Btrfs. Pour simplifier, c'est un moyen qui permet de réduire le nombre de liens se connectant à un même inode. L'opération de clonage de Btrfs crée un nouvel inode pour chaque instantané de fichier, avec des blocs de disque communs au nouvel inode et au fichier d'origine.

Afin d'optimiser la consommation de métadonnées et économiser de l'espace de stockage, la déduplication des données du système Btrfs consiste à rechercher les fichiers contenant les mêmes blocs de données et à supprimer une copie des blocs de données tout en combinant les autres parties sous la forme de copies de clone de fichier.

Btrfs est un système de stockage de fichiers basé sur les extensions, autrement dit, chaque fichier stocké sous Linux nécessite une extension distincte. Les fichiers de plus grande taille se retrouvent parfois répartis sur plusieurs extensions, auquel cas les métadonnées les relient entre elles. Pour éviter toute perte de données due à une coupure d'électricité, le système Btrfs vous donne la possibilité de modifier l'intégralité d'une étendue de données en la copiant à un autre emplacement.

Avec le système de fichiers Btrfs, vous êtes en mesure de créer des fichiers d'échange sur tous les périphériques qui utilisent le noyau Linux 5.0 ou une version plus récente.

En tant que système de fichiers COW, Btrfs gère la fragmentation en vous permettant de défragmenter le système de fichiers en ligne. La défragmentation relocalise les extensions de manière à ce que les fragments d'un même fichier soient aussi proches et continus que possible. Cela est important puisque la fragmentation peut ralentir de manière significative votre système de fichiers.

L'arbre racine du système de fichiers Btrfs se ramifie en arbres binaires. Chaque arbre binaire est un espace de noms séparé appelé sous-volume.

Ce système de fichiers compresse et décompresse automatiquement les fichiers en arrière-plan.

Grâce à l'allocation dynamique des inodes, il est possible de stocker autant de fichiers que nécessaire tant que l'on dispose d'espace disque libre. Au lieu d'allouer un nombre fixe d'inodes, elle les répartit entre les fichiers.

La prise en charge de plusieurs niveaux de RAID est l'une des caractéristiques les plus intéressantes de Btrfs : RAID 0, RAID 1, RAID 10, RAID 5 et RAID 6.

Les fichiers Btrfs s'auto-régénèrent grâce aux sommes de contrôle des données et des métadonnées. Le système crée deux copies des métadonnées pour chaque fichier et les valide toutes les deux. Lorsqu'il trouve deux copies qui ne correspondent pas, il identifie un fichier corrompu en le comparant à l'autre copie (mise en miroir des métadonnées). La dernière étape est la récupération des données endommagées à l'aide de volumes RAID.

Est-ce que Btrfs est stable ?

Le système de fichiers Btrfs est stable depuis 2013. En d'autres termes, Btrfs est utilisable et pleinement fonctionnel depuis longtemps, mais est-il suffisamment fiable ? Est-ce qu'il peut supporter des volumes massifs de données et maintenir des performances élevées ? Tout dépend de la personne qui pose la question.

Si vous envisagez de l'utiliser dans un environnement de production, il est probable que certaines fonctionnalités ne soient pas encore prêtes. Nous vous conseillons de consulter la page officielle Status - Btrfs Wiki, dans laquelle l'équipe de Btrfs fait part de son avancement. À l'heure actuelle, la page indique que :

" La base du code Btrfs est stable. Cependant, de nouvelles fonctionnalités sont toujours en cours de développement. Tous les efforts sont faits pour s'assurer qu'il reste stable et rapide à chaque nouvelle version. Ce rythme de développement rapide signifie que le système de fichiers s'améliore sensiblement avec chaque nouvelle version de Linux ; donc, les utilisateurs sont fortement encouragés à utiliser le noyau le plus récent possible. "

Avantages du système de fichiers Btrfs

Voici les principaux avantages de l'utilisation du système de fichiers Btrfs.

La comparaison des sous-volumes avec les partitions pourrait permettre aux nouveaux utilisateurs de Linux d'appréhender plus facilement le concept de sous-volumes. Or, même s'ils se présentent sous une forme similaire, ils ne sont pas identiques. En fait, les sous-volumes Btrfs ressemblent davantage à des volumes dans le Gestionnaire de volumes logiques (Logical Volume Manager ou LVM) qu'à des partitions de disque traditionnelles.

Quoi qu'il en soit, les sous-volumes Btrfs garantissent un redimensionnement à la fois rapide et flexible.

En quoi cela est-il utile dans la pratique ?

Par exemple, les sous-volumes vous permettent de créer le compte Root et le compte Home séparément lors de l'installation de Linux. Ainsi, il n'est pas nécessaire de décider de la taille des partitions pour Root et Home, vu que l'espace est automatiquement divisé entre les deux.

Btrfs prend très au sérieux l'efficacité de la gestion des ressources.

La capacité de ce système de fichiers à réduire la taille des fichiers de manière significative constitue l'un de ses arguments de vente les plus convaincants. En plus de l'augmentation de l'espace de stockage, qui est l'avantage évident de la compression des données, ce système offre une série d'excellents avantages.

Un autre effet bénéfique de la compression des données dans un système de fichiers Btrfs est qu'elle est moins envahissante pour les périphériques de stockage à mémoire flash, ce qui signifie un cycle de vie plus long pour les appareils.

La compression des données accélère également le chargement, à moins que vous n'exécutiez un processus nécessitant un accès important à votre disque dur. Si tel est le cas, le fait d'accéder au disque dur peut avoir l'effet inverse et ralentir les performances.

Les instantanés représentent la fonctionnalité la plus appréciée d'un système de fichiers Btrfs, puisque ceux-ci permettent à la fois d'organiser l'espace de stockage et de récupérer facilement les données.

Les instantanés Btrfs sont si petits qu'ils n'occupent pas d'espace de stockage supplémentaire. Ils conservent néanmoins une copie de tout ce qui se trouve dans le système de fichiers.

Les utilisateurs privés et professionnels y trouvent un avantage considérable, dans la mesure où cela permet d'éviter l'un des principaux problèmes auxquels sont confrontés les utilisateurs d'aujourd'hui : l'erreur humaine. En cas de suppression ou de perte accidentelle d'une fraction de fichier, l'utilisation d'instantanés peut vous éviter de vous retrouver avec des données corrompues ou perdues.

Inconvénients relatifs au système de fichiers Btrfs

Les inconvénients suivants sont les points faibles de Btrfs.

Certes, les sommes de contrôle fonctionnent, mais elles sont relativement compliquées. Un autre problème réside dans le fait que vous ne pouvez pas utiliser la récupération de fichiers corrompus Btrfs dans les versions non montées.

Si vous utilisez Btrfs, vous ne pouvez pas protéger rapidement vos fichiers car il n'y a pas de chiffrement Btrfs natif. Il est possible de l'ajouter par le biais de fournisseurs tiers si vous ne trouvez pas ennuyeux d'avoir à franchir des étapes supplémentaires.

En modifiant un fichier volumineux qui s'étend sur plusieurs extensions dans un système de fichiers COW, l'opération de clonage peut disperser les fichiers d'origine et les modifications sur des extensions distinctes sur l'ensemble de l'unité de stockage. C'est ce que nous appelons la fragmentation.

La fragmentation est un problème du fait qu'elle ralentit les performances.

Les utilisateurs de Btrfs sont invités à résoudre ce problème par une défragmentation en ligne, dont l'efficacité est limitée. Étant donné que la défragmentation crée une autre copie de fichier et augmente la taille de l'instantané, ce n'est pas la meilleure solution.

En effet, même si le système de fichiers Btrfs est stable, le RAID demeure l'un des éléments en cours de développement.

Btrfs vs. EXT4 : lequel est le meilleur ?

La question ultime reste la suivante : quel est le meilleur système de fichiers, Btrfs ou Ext4 ? Nous avons mentionné précédemment que Ext4 est le système de fichiers par défaut de Linux. Pour ceux qui ne le connaissent pas, il suffit de savoir qu'Ext4 est un système établi de longue date et très fiable.

Les nombreuses différences entre Btrfs et Ext4 découlent de leur différence fondamentale : Btrfs est un système de fichiers de type " copie vers écriture " (COW), tandis qu'Ext4 est un système de journalisation. En conservant les métadonnées dans un journal, les systèmes de fichiers de journalisation permettent de garder une trace des fichiers et des modifications apportées aux fichiers.

Malheureusement pour Ext4, les systèmes de journalisation sont dépourvus de nombreuses fonctionnalités essentielles que possèdent les systèmes COW.

Le mécanisme COW du système Btrfs permet de réaliser des instantanés, de dédupliquer et de compresser les données, ce qui n'est pas le cas du système Ext4. En d'autres termes, Btrfs peut économiser de l'espace et stocker beaucoup plus de données qu'Ext4 et ce, jusqu'à 16 fois plus.

Par ailleurs, Btrfs peut gérer plusieurs périphériques grâce à sa prise en charge du RAID. Par contre, Ext4 ne le peut pas.

Une autre différence essentielle est que Btrfs possède une somme de contrôle, ce qui lui permet d'effectuer une auto-réparation et de récupérer des données corrompues, alors qu'Ext4 est incapable de le faire.

En revanche, Ext4 dispose d'un chiffrement au niveau du système, contrairement à Btrfs. Bien entendu, il est toujours possible d'ajouter un cryptage tiers à Btrfs, mais cela reste un point en faveur d'Ext4. Un autre avantage d'Ext4 est qu'il ne s'agit pas d'un système de fichiers COW et que cela ne crée pas de problèmes de fragmentation.

Alors, lequel des deux sort vainqueur ?

En fin de compte, cela revient à une question de qualité par rapport à la quantité. Cela ne signifie pas que Btrfs n'est pas un système de haute qualité, mais il n'est pas encore assez stable par rapport à Ext4 qui a déjà fait ses preuves. Btrfs offre plus d'espace, mais il peut vous faire défaut. Ext4 est beaucoup plus petit mais solide et fiable.

Comment restaurer des fichiers à partir du système de fichiers Btrfs ?

Supposons que vous ayez opté pour Btrfs parce que vous avez besoin d'instantanés, de déduplication et de compression, ce qui est tout à fait raisonnable. Cependant, que se passe-t-il en cas de défaillance ? Si le système Btrfs perd vos données, pouvez-vous y faire quelque chose ?

Heureusement, oui !

Non seulement il est possible de récupérer les données de Btrfs, mais il existe également trois méthodes différentes pour y parvenir :

Vous pouvez consulter l'article Récupérer des fichiers à partir de Btrfs pour obtenir un guide complet.

Il convient de vous dire tout de suite que les deux premières méthodes requièrent du codage. Si vous ne savez pas comment faire ou si vous êtes encore un codeur amateur, il serait préférable d'exercer vos compétences à une autre occasion. Une erreur de codage peut entraîner des problèmes plus graves qu'une perte de données.

Le moyen le plus simple (et le plus sûr) de restaurer des données provenant de Btrfs est d'utiliser un logiciel de récupération de données Linux tel que Wondershare Recoverit. Wondershare Recoverit est un outil de récupération de données qui est capable de vous restaurer plus de 1 000 types de fichiers dans plus de 500 scénarios de perte de données et, dans le cas de Linux, il fonctionne également par le biais d'une connexion à distance.

Voici un tutoriel vidéo sur l'utilisation de Wondershare Recoverit - Récupération de fichiers Linux pour restaurer des fichiers supprimés depuis le système Btrfs.

FAQ sur le système de fichiers Btrfs

Conclusion

Si vous choisissez le système de fichiers Btrfs plutôt que les autres options Linux disponibles, sachez que vous ne commettrez pas d'erreur. Btrfs est encore en cours de développement, mais il s'améliore de jour en jour. Même si d'autres systèmes de fichiers sont plus fiables, Btrfs dispose toujours de l'équipe la plus travailleuse et du meilleur support.

En outre, Btrfs est le seul concurrent de premier plan à proposer des instantanés COW ainsi que d'autres fonctionnalités de réduction et de récupération automatique des fichiers. C'est une évidence pour tous ceux qui ont besoin de beaucoup d'espace libre. Même si Btrfs ne parvient pas à protéger vos données, vous pouvez toujours utiliser Wondershare Recoverit pour récupérer les données perdues.