当我运行 时btrfs filesystem balance，这是否会隐式地对文件进行碎片整理？我可以想象，balance 只是分别重新分配每个文件范围，保留现有的碎片。
有一个常见问题解答条目，“平衡”起什么作用？，这一点尚不明确：
btrfs 文件系统平衡是一种操作，它简单地获取文件系统上的所有数据和元数据，并将其重写到磁盘上的不同位置，并在途中将其传递给分配器算法。它最初是为多设备文件系统设计的，以便在设备之间更均匀地分布数据（即“平衡”它们的使用情况）。这在向几乎已满的文件系统添加新设备时特别有用。
由于平衡的工作方式，它也有一些有用的副作用：
- 如果有大量已分配但未使用的数据或元数据块，则平衡可能会回收部分已分配空间。这是在单设备文件系统上运行平衡的主要原因。
- 在具有损坏复制的文件系统上（例如，具有已损坏和已移除磁盘的 RAID-1 FS），它将强制 FS 在当前活动设备之一上重建数据的丢失副本，从而恢复文件系统的 RAID-1 功能。
答案1
总结
Btrfs 的defrag功能专门用于修复文件夹元数据和文件内容中的碎片，而该balance功能的创建是为了“平衡“（因此得名）每当添加或删除驱动器时，驱动器之间共享的数据量。虽然它们在功能上确实有一些理论上的重叠，但它们并没有直接关联，因此文档没有将这两个功能联系起来。
下面是详细的解释。当然请注意，长篇大论的回答是为了帮助那些不完全了解这些功能用途的人。
区块分配
btrfs 的一个重要概念是块分配。当您将数据写入 btrfs 时，它会将数据写入“当前”块，通常大小为 1GB 1。如果“当前”块已满，它会分配一个新块。如果现有块已清空，则在需要新块时，其存储空间可供重新分配。
如果文件系统使用多个驱动器，包括“dup”、“single”或“raid1”存储配置文件，块分配器始终优先将下一个新块放在可用空间最多的驱动器上。这通常可确保驱动器得到平等利用。
平衡是如何发挥作用的
该balance功能的工作原理是获取现有数据块并将其重新写入“当前”块。当现有块以这种方式清空时，它会自动提供给分配器。如果被清空的现有块一开始就不是满的（也许块中的旧数据已被删除），最终结果是释放磁盘空间，因为较新的块“更紧密地填充”了相关数据。
从理论上讲，这部分可以用作碎片整理策略的一部分，我认为这就是许多人认为它已经这样做的原因。然而，当然，平衡功能是为了特定目的而构建的，因此它不是查看文件内容。它仅有的在将数据复制到新块之前，检查从现有块中取出的数据是否仍然相关2 。
在哪里平衡部分进来了吗？
当您将新驱动器添加到文件系统时，分配器首先会倾向于将所有新数据写入新驱动器，主要是因为它比现有驱动器有更多可用空间。通过重写所有块，所有最初平衡的块都只写入新驱动器。一旦平衡，其余数据将在驱动器之间平均重新分配，因此现在均衡。
典型的平衡场景：
我有 2 个 500GB 驱动器，每个驱动器使用了 240GB；我添加了另一个 500GB 驱动器：
- 驱动器 a：已使用 240GB
- 驱动器 b：已使用 240GB
- 驱动器 c: 已使用 0GB
我开始对所有数据进行平衡。在平衡进行到四分之一时，我可能会看到类似以下的情况：
- 驱动器 a：已使用 180GB
- 驱动器 b：已使用 180GB
- 驱动器 c: 已使用 120GB
大约三分之一处，它似乎是平衡的：
- 驱动器 a：已使用 160GB
- 驱动器 b：已使用 160GB
- 驱动器 c: 已使用 160GB
当然，此时您可以停止平衡操作，尽管您可能希望让它完成3 的原因（好的和坏的） 。 如果您让它完成，则整体“平衡”在此之后不会改变，尽管所有数据都将被重写到新的块中。
btrfs 中碎片是如何产生的
Btrfs 是 CoW（写时复制）文件系统，这意味着数据是绝不覆盖4。如果您有一个现有的 100MB 文件并覆盖了其中的 1MB 部分，那么这 1MB 部分不会覆盖驱动器上的现有数据。相反，它会被写入“当前”块中的其他位置。Btrfs 会跟踪这些新数据“片段”的存储位置。这对于维护数据快照非常有用，因为这意味着默认情况下会保留旧数据。由于 SSD 也以非常类似的方式从不覆盖数据，因此这种 CoW 机制非常适合让 SSD 保持其使用寿命和性能。
碎片整理的作用
不管优点如何，有些文件会被频繁覆盖（通常是数据库文件），因此最终会产生数百个这样的碎片。使用 SSD 时，短期内性能损失很小。但使用主轴驱动器时，性能损失非常严重。
一种解决方案是使用 btrfs 的碎片整理功能。碎片整理操作会按照当前状态的逻辑顺序重写当前块中的文件内容。对于我们的示例 100MB 文件，它会将碎片缩减为一个 100MB 的大数据集，而不是数百个单独的小块。
另一种解决方案是专门针对此类文件使用“nocow”功能。nocow 功能会导致文件被覆盖。请注意 nocow 5 6存在一些注意事项。
再次总结
平衡器查看块和条带 - 并且实际上并不知道文件内容，除了这些块中的数据是否仍然相关。
碎片整理操作会查看文件夹数据和单个文件内容，并尽可能以连续的方式重写数据。如果您使用快照5 ，则存在缺点。
笔记：
虽然块的大小通常为 1GB，但它们可以更大或更小。使用 raid 类型时，块通常以 1GB 的倍数分布在多个驱动器上。例如，使用 raid0 的 5 个驱动器通常会导致 5GB 的条带，其中每个驱动器写入 1GB 的块。
Btrfs 使用“引用”来引用文件内容。当文件的一部分被覆盖时，实时文件系统会“引用”写入该数据的位置。但是，快照可能仍会“引用”旧位置。如果没有快照 - 或者旧快照被删除，则将不再有指向原始覆盖内容的“引用”。然后，此内容将被视为不相关，并且不会在平衡操作中与其他相关数据一起复制。
此时，假设存储使用简单的“单一”配置文件7，则第一个 160GB 平衡将全部移动到新驱动器 - 但此时，它仍然有大约 320GB 需要平衡。其余部分将在驱动器之间平均平衡。对于主轴，理想情况下，在让 btrfs 重新平衡所有 3 个驱动器以更好地“分散”数据之前，您只需要平衡 160 个块。对于 SSD，尝试保持数据的均匀“分散”变得非常复杂，可能毫无意义，而且更有可能非常对 SSD 寿命不利。
例外是“nocow”功能。
如果有快照，对“实时”文件进行碎片整理会导致快照和“实时”文件引用磁盘上的不同数据位置，从而导致数据重复，从而占用额外的磁盘空间。当通用重复数据删除功能可用时，这将不再是一个大问题。
使用 nocow 意味着 btrfs 不维护文件内容的校验和。
对于大多数 raid 类型的存储配置文件（raid1 是例外），跨驱动器“分布”是没有意义的，因为无论如何，条带通常都写入所有驱动器上。
答案2
也许看着该命令的源代码可能有帮助
更喜欢btrfs balance start
'btrfs filesystem balance' 命令已弃用，请改用'btrfs balance start' 命令。
然后在命令字符串上
"btrfs [filesystem] balance start [options] <path>",
"Balance chunks across the devices",
"Balance and/or convert (change allocation profile of) chunks that",
"passed all filters in a comma-separated list of filters for a",
"particular chunk type. If filter list is not given balance all",
"chunks of that type. In case none of the -d, -m or -s options is",
"given balance all chunks in a filesystem."
我可能会再看一眼，但我没有在结构或 ioctl() 调用中看到任何对 defrag 的引用。因此没有明确的 defrag。
它所做的只是从一个地方复制到另一个地方，并在过程中使用默认分配器。从这里
根据分配目的和分配模式，算法可以直接在每个合适的分配组中搜索连续的可用空间范围（btrfs 中的一个组对应于上面描述的一个块
因此，根据分配模式、设备上的可用空间等，可以说 btrfs 将以不需要碎片整理的方式进行分配。您可以将其视为一种隐式碎片整理形式。
高血压
答案3
平衡在区块级别起作用；区块是 Btrfs 实现 raid 冗余的方式。它不会在 Btree 级别执行任何操作，也不会进行碎片整理。
答案4
碎片整理的作用被高估了。当然，在 FAT16 上，它确实能带来不同，但在大多数情况下，在任何现代文件系统上都不是。实际上，重新平衡将改善文件系统的组织，文件碎片将减少。