利用BTRFS快照实现快速Linux环境切换

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对于喜欢折腾的人来说，经常会遇到环境玩崩的情况，在Linux下更是一件常事。而如果每次都要重装系统，其实又非常不方便，也没必要。

在BTRFS文件系统逐步稳定并可用的今天，如果我们将根文件系统迁移到了BTRFS，或许，我们可以借助BTRFS快照功能，实现Linux环境的无痛切换与还原？

思路

为了方便，我们假设一个非常无聊的例子：

  • 希望在一个分区内，安装一个Debian系统
  • 在Debian系统上，分别安装配置GNOME和KDE两个桌面环境
  • 实现两个桌面环境的根文件系统互不干扰，可按需分别启动

需要说明的是，这套配置里，我们假设包括/usr, /etc等路径均没有分配独立的挂载点，否则那就太麻烦啦！/home是否独立挂载取决于环境隔离的程度。

仔细一想，想要实现上述功能的思路是非常简单的：

  1. 在BTRFS文件系统上安装一个基础操作系统
  2. 对基础操作系统进行快照
  3. 根据基础快照，创建两组新的读写快照（子卷），在两个子卷内分别安装GNOME和KDE环境，并按需切换

其实，以Debian为例，如果在安装系统时指定了根文件系统为BTRFS文件系统，Debian安装程序会贴心地为我们创建一个@rootfs子卷，而后每次启动电脑时，实际上都是将@rootfs子卷挂载成/节点。因此，以上步骤的前两步都已被自动完成。

似乎，我们只要解决第三步就行？但麻烦的也在这第三步。

GRUB的麻烦

回忆一下，Linux是如何确定自动挂载文件系统配置的？第一个想到的一定是/etc/fstab文件。

还是以Debian的为例，默认情况下，如果设置根文件系统为BTRFS，在/etc/fstab文件里面，我们可以找到类似于以下定义：

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# / was on /dev/sda1 during installation
UUID=12345678-1234-1234-5678-123456789012 /               btrfs   defaults,subvol=@rootfs 0       0

显然，这一句的意思是，将硬盘上的@rootfs子卷，挂载到/路径上。

那么接下来，我们似乎只要创建一个@rootfs的快照子卷，然后修改上面的fstab文件，把subvol=后面替换成新子卷名称，就可以实现快速切换了？

一开始我也是这么认为的，直到我安装完KDE桌面重启后，对着仍然黑麻麻的屏幕两眼发黑，我才意识到不对劲。

让我们瞄一眼/boot/grub/grub.cfg文件：

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menuentry 'Debian GNU/Linux' --class debian --class gnu-linux --class gnu --class os $menuentry_id_option 'gnulinux-simple-12345678-1234-1234-5678-123456789012' {
        # ......
        insmod btrfs
        # ......
        echo    'Loading Linux 6.1.0-30-amd64 ...'
        linux   /@rootfs/boot/vmlinuz-6.1.0-30-amd64 root=UUID=12345678-1234-1234-5678-123456789012 ro rootflags=subvol=@rootfs  quiet
        echo    'Loading initial ramdisk ...'
        initrd  /@rootfs/boot/initrd.img-6.1.0-30-amd64
}

好吧……事实上根文件系统的子卷名称，是写入到了GRUB配置文件里的。在GRUB引导时，会按照/boot/grub/grub.cfg的配置查找子卷，然后加载该子卷中的系统。

而要修改GRUB配置，似乎就有点麻烦了。如果手动修改配置，需要在每次安装完驱动或更新内核后再手动调整一遍配置，极其麻烦且容易疏漏。而如果希望自动修改，又暂时没有好主意。

重命名子卷

修改GRUB配置的路子走不通，系统默认引导@rootfs子卷的行为有点难修改。既然如此，为什么我们不通过替换@rootfs子卷的方式，狸猫换太子呢！

安装基本系统

首先正常安装Debian基本系统，在配置分区的时候，为/挂载点分配一个BTRFS文件系统。

进行基础配置

安装完系统后，重启进入基本系统，进行必要的配置，安装一些在不同环境下都用得上的包。也就是准备一个基本系统的过程啦！

拍摄基础快照

重启进LiveCD，挂载BTRFS分区整个卷：

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mount /dev/sda1 /mnt
cd /mnt

我们给系统子卷@rootfs创建一个快照@sysbase（名字可以随意起），用于记录此刻基本系统的状态：

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btrfs subvolume snapshot @rootfs @sysbase

如果希望基本系统内容不变，可以增加一个选项-r，以创建一个只读快照。

配置环境1

接着，重启电脑，按需要配置第一个环境，例如安装GNOME桌面等。

配置环境2

之后，如果我们想要从基本系统开始重新配置一个新环境，我们需要再次进入LiveCD，挂载BTRFS分区完整卷到/mnt下。

这回，我们需要把环境1，也就是现在的@rootfs先移到一边，也就是重命名一下。

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mv @rootfs @gnome-env

现在，我们的硬盘上似乎只有两个子卷了：

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/mnt/
├── @gnome-env
└── @sysbase

我们现在想让系统回到基本系统，也就是回到@sysbase的状态。怎么做呢？我们可以，给@sysbase再创建一个快照，让这个快照成为新的@rootfs：

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btrfs subvolume snapshot @sysbase @rootfs

接着重启电脑，我们就回到了基本系统状态，此时我们对系统的修改，就变成了我们的环境2。

还要更多环境！

如果还需要更多环境，只需要像配置环境2时一样，将当前@rootfs重命名一下，再从基本系统，或者任何一个其他快照，创建一个新的@rootfs快照，重启电脑，就可以创建新环境了。

而如果我们希望在环境之间切换，也非常简单，同样地，将当前@rootfs重命名为其他名字，再将想要切换的快照重命名成@rootfs，或者创建一个新@rootfs快照都行。

如果我们玩坏了环境，也不用完全重装系统，只需要将不想要的环境子卷删除，btrfs subvolume delete @broken-env，再选择一个好的环境为@rootfs即可。非常灵活！