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将 Ubuntu 从 ext4 分区就地迁移到 btrfs RAID1 上

在不备份数据的情况下，将 Ubuntu 系统从 ext4 分区就地迁移到 btrfs RAID1 上，危险行为，请勿模仿……

前言

我的个人服务器使用的是 Ubuntu Server 24.04.2 LTS 操作系统，安装在一条 250 GB 的旧 m.2 NVMe SSD 上。考虑到这条 SSD 已经断断续续服役了 7 年半了，说不定哪天就会挂掉，我决定增加一条 250 GB 的新 m.2 NVMe SSD，使用 btrfs 将两条 SSD 组建成一个 RAID1 分区，并将 Ubuntu 系统迁移到这个 RAID1 分区上。

显然，较为保险的做法是，先备份数据，然后将两块盘组成 RAID1，再将数据恢复到 RAID1 分区上。不过由于这台服务器刚组装好不久，上面只有一些 Git 仓库，没有其他有价值的数据，因此我突发奇想，尝试了另一种更少见更危险的做法：现将原有的 ext4 分区直接转换为 btrfs 分区，再加入第二块硬盘组成 RAID1。现将这个过程记录下来，不供模仿，仅资参考。

过程

准备工作

需要的内容：

  • 一块 SSD，大小不少于原有的 SSD；
  • Live 环境（推荐使用 Ubuntu 桌面版的安装盘）；
  • 一台可以在过程中查找资料的设备；
  • 充足的时间和耐心；

转换分区类型

首先确认系统上已经安装了 btrfs-progs 包：

sudo apt install btrfs-progs

然后重启到 Live 环境，并打开终端，确认 Live 环境中也安装了 btrfs-progs 包。由于一会儿还要在新的 SSD 上创建 EFI 分区，这里也把 dosfstools 和 mtools 包安装上，以备不测：

sudo apt install btrfs-progs dosfstools mtools

接下来就可以使用 btrfs-convert 命令将 ext4 分区转换为 btrfs 分区了。这里一定要确定好设备的路径，因为 Live 环境下设备路径可能和原来不一样。可以使用自己喜欢的分区工具，无论是 fdisk、parted 还是 gparted，或者是 Live 环境的磁盘管理工具，查看具体的分区信息。我这里原有的系统分区在 /dev/nvme1n1p2，因此执行以下命令：

sudo btrfs-convert /dev/nvme1n1p2

稍等片刻，转换成功后，可以在分区工具中看到 /dev/nvme1n1p2 的文件系统类型已经变成了 btrfs。在 /mnt 目录下创建一个挂载点 /mnt/btrfs，然后挂载这个分区，挂载的时候顺便打开压缩选项：

sudo mkdir -p /mnt/btrfs
sudo mount -t btrfs -o compress=zstd:1 /dev/nvme1n1p2 /mnt/btrfs

此时就可以在 /mnt/btrfs 目录下访问原有的系统文件了。此处先确认一下文件都在，权限都正常。然后我们创建几个子卷：

名称挂载点描述
@/根目录
@home/home用户目录
@snapshots-快照目录
cd /mnt/btrfs
sudo btrfs subvolume create @
sudo btrfs subvolume create @home
sudo btrfs subvolume create @snapshots

接下来将文件移动到对应的子卷中，然后删除多余的文件：

cd /mnt/btrfs
sudo rsync -aAXv /mnt/btrfs/ /mnt/btrfs/@/
sudo rsync -aAXv /mnt/btrfs/@/home/ /mnt/btrfs/@home/
sudo rm -rf /mnt/btrfs/@/home /mnt/btrfs/@/@ /mnt/btrfs/@/@home /mnt/btrfs/@/@snapshots
ls | grep -v @ | sudo xargs rm -rf --

此时 /mnt/btrfs 目录下应该只剩下 @、@home 和 @snapshots 三个子卷了，这就是我们将要使用的 btrfs 子卷。同时，在 @/ext2_saved 目录下会有一个 image 文件，这是原有的 ext4 分区的备份镜像文件，可以在需要的时候供 btrfs-convert 恢复原来的 ext4 分区；等到我们完成整个迁移过程后，可以删除这个备份文件。

创建 RAID1

接下来开始创建 RAID1。首先对新 SSD 进行分区：需要创建两个分区，一个是 EFI 分区（格式化为FAT32），另一个是 btrfs 所用的分区（不格式化），两个分区的大小都和现有 SSD 上的分区保持一致。这一步同样可以用任何分区工具完成，注意不要看错盘，不要错删了现有的分区！

创建完分区后，就可以把新的分区加入 btrfs 了。我这里新的分区在 /dev/nvme0n1p2，因此执行以下命令：

sudo btrfs device add /dev/nvme0n1p2 /mnt/btrfs

接下来手动触发同步：

sudo btrfs balance start -dconvert=raid1 -mconvert=raid1 /mnt/btrfs

等待同步完成后，执行以下命令查看 RAID1 的状态：

sudo btrfs filesystem df /mnt/btrfs
sudo btrfs filesystem show /mnt/btrfs

如果一切正常，应该能看到类似以下的输出（记录下这里的UUID，后面会用上）：

Data, RAID1: total=23.00GiB, used=21.39GiB
System, RAID1: total=32.00MiB, used=16.00KiB
Metadata, RAID1: total=2.00GiB, used=690.62MiB
GlobalReserve, single: total=270.81MiB, used=0.00B

Label: none  uuid: ab2bbc1e-c476-4283-aea0-40ace705cbf9
    Total devices 2 FS bytes used 22.06GiB
    devid    1 size 230.00GiB used 25.03GiB path /dev/nvme0n1p2
    devid    2 size 230.00GiB used 25.03GiB path /dev/nvme1n1p2

最后，我们可以压缩一下已经存在的文件。这一步并非必须，但建议压缩一下：

sudo btrfs filesystem defragment -r -v -czstd /mnt/btrfs/@/
sudo btrfs filesystem defragment -r -v -czstd /mnt/btrfs/@home/

至此，我们的 btrfs RAID1 已经创建完成，并且原有的系统文件已经迁移到新的 btrfs 分区上。不过现在我们还不能启动原有的系统，因为 GRUB 和 fstab 还没有更新。

更新系统和引导配置

接下来，我们要通过 chroot 回到原有的系统中，更新系统和引导配置。首先卸载之前挂载的 btrfs 分区：

cd /mnt
sudo umount /mnt/btrfs

然后将两个子卷重新挂载到 /mnt/old 目录下，恢复原有的目录结构。这里使用上一步中看到的 UUID 来挂载（如果没有记录下来也没有关系，直接挂载 /dev/nvme1n1p2 之类的设备路径也可以）：

sudo mkdir -p /mnt/old
sudo mount -t btrfs -o noatime,compress=zstd:1,subvol=@ /dev/disk/by-uuid/ab2bbc1e-c476-4283-aea0-40ace705cbf9 /mnt/old
sudo mkdir -p /mnt/old/home
sudo mount -t btrfs -o noatime,compress=zstd:1,subvol=@home /dev/disk/by-uuid/ab2bbc1e-c476-4283-aea0-40ace705cbf9 /mnt/old/home

接下来挂载其他必要的文件系统，然后 chroot 进入原有的系统：

cd /mnt/old
sudo mount -o bind /dev dev
sudo mount -o bind /sys sys
sudo mount -o bind /proc proc
sudo chroot .

首先修改 /etc/fstab 文件，首先将原有的 ext4 分区的配置删除，改为 btrfs 子卷的配置；然后将新的 SSD 的 EFI 分区添加到 /etc/fstab 中：

UUID=ab2bbc1e-c476-4283-aea0-40ace705cbf9 / btrfs defaults,compress=zstd:1,subvol=@ 0 1
UUID=ab2bbc1e-c476-4283-aea0-40ace705cbf9 /home btrfs defaults,compress=zstd:1,subvol=@home 0 2

UUID=<uuid of the new SSD EFI partition> /boot/efi2 vfat defaults 0 1

然后，在两个 EFI 分区上安装 GRUB：

mkdir -p /boot/efi
mkdir -p /boot/efi2
mount /dev/nvme1n1p1 /boot/efi
mount /dev/nvme0n1p1 /boot/efi2
mount -t efivarfs none /sys/firmware/efi/efivars
grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=/boot/efi --recheck
grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=/boot/efi2 --recheck

最后，更新 GRUB 配置：

update-initramfs -u
update-grub

这样，我们的系统就已经准备好了。

重启

重启系统。如无意外，应该可以顺利回到原有的系统中，并且通过 mount 可以看到，/ 和 /home 都已经是 btrfs 分区了：

/dev/nvme0n1p2 on / type btrfs (rw,relatime,compress=zstd:1,ssd,discard=async,space_cache=v2,subvolid=257,subvol=/@)
/dev/nvme0n1p2 on /home type btrfs (rw,relatime,compress=zstd:1,ssd,discard=async,space_cache=v2,subvolid=258,subvol=/@home)

再次重启，尝试通过 BIOS 的启动菜单选择两个不同的 SSD 启动，两个EFI 分区也都应该可以正常启动系统。

结语

欢迎来到 btrfs！关于快照等等进阶功能，网上也不乏相关的教程，就留待未来再叙吧。

参考资料