前言
近几个月来，笔者将日常工作和学习的笔记本电脑系统完全迁移到了 Arch Linux 上，为了防止折腾系统和软件包时发生意外（炸掉系统）影响工作学习，笔者对 Linux 上的系统备份手段进行了一些浅浅的研究。其中，利用 BTRFS 文件系统写时复制特性进行子卷快照的方案引起了笔者的兴趣，基于笔者的需求，这个方案的优点有：
- 速度快，创建快照是即时的，可以随时根据需要保存当前文件系统状态，也不会中断工作
- 空间占用低，快照不会一创建就占用空间，而是随着原始子卷和快照差异的增大缓慢增加，可以保持大量快照而不损失过多磁盘空间
- 恢复便捷，只需在 /boot 中修改引导配置中的子卷名，即可启动到不同子卷（选择挂载到 / 的子卷）
- 快照是非递归的，意味着对子卷创建或恢复快照不会影响子卷内的其他子卷（例如备份和恢复 / 时，/home 等目录不受影响），可以为不需要快照的目录创建子卷（例如家目录、Docker和虚拟机的目录），在 /etc/fstab 中配置挂载到需要的位置即可
当然，BTRFS 作为一个新兴的文件系统也有一些说法称其稳定性欠佳，笔者在数月的使用中，暂时没有遇到什么问题，认为 BTRFS 还是完全足以支撑普通日常使用需要的。
本文将简要介绍 Arch Linux 下使用 BTRFS 创建、恢复子卷快照的操作步骤，以及在无法开机时如何通过 LiveCD 恢复到上一快照等使用技巧，不涉及有关文件系统底层原理的高级话题。
安装
在 Arch Linux 中，可以在使用 archinstall 脚本安装系统时，直接选择使用 btrfs 分区，并使用其默认的子卷布局。
若需要添加更多子卷，可以在选择最佳分区结构后，再次进入选择手动分区，对默认的配置进行修改。
笔者在这里添加了一个 @docker 子卷，挂载至 /var/lib/docker 以避免创建和恢复快照时影响 Docker 容器。完整的子卷布局如下：
| subvolume | mountpoint |
| @ | / |
| @home | /home |
| @log | /var/log |
| @pkg | /var/cache/pacman/pkg |
| @.snapshots | /.snapshots |
| @docker | /var/lib/docker |
子卷名前的 @ 符号不是强制的，只是便于区分子卷和普通目录的标识。
安装完成后，可以通过下列命令查看存在的子卷：
sudo btrfs subvolume list /
通过 lsblk 可以看到，所有的子卷都存在于 /dev/sda2 中，它们可以共享硬盘的全部存储空间 (除 /boot 分区占用的几百M空间外)。通过 mount -t btrfs 可以看到各个子卷挂载到的位置，subvol= 后的信息为子卷路径。
注意嵌套在 @ 子卷下的 var/lib/portables 和 var/lib/machines 子卷是由 systemd 自动创建的，可以安全地删除它们用普通目录替换。如果未来需要删除 @ 子卷，建议先删除它们：
sudo btrfs subvolume delete /var/lib/portables/
sudo btrfs subvolume delete /var/lib/machines/
sudo mkdir /var/lib/portables
sudo mkdir /var/lib/machines
创建快照
创建子卷快照的基本方法为：
sudo btrfs subvolume snapshot <subvolume> <subdir>建议将快照放置在 @.snapshots 子卷中，它默认挂载在 /.snapshots，下面的命令可以创建一个名为 @231221 的可读写的 @ 子卷快照：
sudo btrfs subvolume snapshot / /.snapshots/@231221
子卷就像一个普通的目录，可以进入查看。
我们可以测试一下，在根目录下创建一个文件，安装或删除一个软件包，稍后查看是否对快照产生了影响。
恢复到快照
快照也是一个子卷，我们只需要更改挂载到根目录 / 的子卷为刚才创建的 @231221 即可恢复到创建快照时的状态。为了挂载到不同子卷，需要修改内核启动参数，根据使用的引导加载程序不同，有不同的配置方法，下面简单介绍 grub 和 systemd-boot 的配置方法。
grub 引导配置修改
编辑 /etc/default/grub 文件，找到其中的 GRUB_CMDLINE_LINUX 行：
在其中加入参数 rootflags=subvol=/@.snapshots/@231221，保存。
修改完成后，执行以下命令更新 grub 配置：
sudo grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg更新完成后，重启系统。
重新启动后，可以执行以下命令查看当前根目录的挂载参数：
mount | grep " / "
可以看到，已成功挂载到我们创建的快照。也可以验证确认，在创建快照时点之后所做的更改对快照都没有任何影响。/home 等目录由于位于不同子卷中，不受快照的影响，不会被还原。
systemd-boot 引导配置修改
进入 /boot/loader/entries 目录，找到主要的引导配置 conf 文件（默认的文件名可能与下图不同），编辑它。
找到其中的 options 行，同样的，加入参数 rootflags=subvol=/@.snapshots/@231221，保存。
修改完成后，直接重启系统即可。同样的，重启后可以执行 mount | grep ” / ” 检查挂载参数，确认是否挂载成功。
需要特别注意的是：如果在更新软件包时更新了内核文件（即 /boot 分区下的文件），则不能还原到此更新之前创建的快照，否则重启后可能会出现 mount: unknown filesystem type ‘vfat’ 等错误无法开机。由于 /boot 分区是单独的 FAT32 分区，快照并不会保存该分区的状态，如果需要还原，需要在创建快照时搭配其他手段备份 /boot 分区，boot 分区的大小通常在 100～200M，也不会带来过多备份压力。
无法开机时如何恢复到快照
首先，在进行破坏性操作前，执行一次快照，这里我将其命名为 @bak。
随后，直接删除当前正在挂载的子卷，模拟破坏性操作导致系统损坏时的情景。
可以看到，系统被彻底破坏，基础命令都已无法执行，甚至无法正常关机。我们直接强制重启，启动到 U 盘 archiso 镜像中。
首先，通过 lsblk 检查硬盘分区，从容量大小可以推断，/dev/sda1 是 boot 分区，/dev/sda2 是主分区。然后，创建两个文件夹用于挂载分区。
挂载上相应分区，可以看到 sda2 分区上实际的布局，与我们前面用到过的“子卷路径”相符。
若引导管理器使用的是 systemd-boot，直接参考上面的「systemd-boot 引导配置修改」一节修改 boot/loader/entries 中的 conf 配置即可。
若使用 grub，可以编辑 boot/grub/grub.cfg 文件：
在其中搜索 rootflags 找到所有匹配的位置，修改为要挂载的快照 (如 rootflags=subvol=/@.snapshots/@bak)，修改完成后，直接重启，正常启动系统。
可以看到，系统已完美恢复正常运作。
若你使用的是 grub，由于 grub.cfg 是由工具生成的文件，手动进行的编辑可能会被覆盖，还需要参考上面的「grub 引导配置修改」一节编辑好 /etc/default/grub 文件，更新一下 grub 配置。
题外话
经过一番折腾，由于我们已经将系统根目录 / 使用快照子卷进行了挂载，原先的 @ 子卷可能已经没有了用处，为了节省空间，可以直接删除 @ 子卷。
由于系统上已经没有了 @ 子卷的挂载点，我们需要先使用 lsblk 找到对应的磁盘分区，将分区挂载到 /mnt，然后就可以通过 sudo btrfs subvolum delete /mnt/@ 将其删除。
快照也是子卷，此时如果我们执行 sudo btrfs subvolum snapshot / /.snapshots/@go，就是对 @.snapshots/@bak 子卷 (当前挂载在根目录 / 的子卷) 的当前状态进行了快照，快照生成的子卷为 @.snapshots/@go。同样的，不再需要的快照子卷也应该及时删除已释放空间，这个过程可以使用脚本进行管理。
为了安全起见，还可以考虑不要开机自动挂载 @.snapshots 子卷，仅在需要时挂载。可以编辑 /etc/fstab 文件，将挂载 /.snapshots 的配置项注释掉：
番外: Luks 分区解密
如果在安装系统时，使用 Luks 加密了分区，而在使用 LiveCD 救援时，又不记得快照子卷的名称需要挂载查看，可以使用以下方法挂载。
首先，在 archiso 中执行下面的命令查看加密分区：
blkid | grep crypto找到加密分区后 (例如 /dev/sda2)，使用下面的命令解密分区，将其映射为 cryptdisk (这个名称可以自定义)：
cryptsetup luksOpen /dev/sda2 cryptdisk输入密码🔑解密分区后，就可以将映射挂载到需要的位置了 (如 /mnt/root)：
mount /dev/mapper/cryptdisk /mnt/root
此时就可以任意查看文件了。
参考资料
[1] SysadminGuide - btrfs Wiki - https://archive.kernel.org/oldwiki/btrfs.wiki.kernel.org/index.php/SysadminGuide.html#Snapshots
[2] Btrfs vs ZFS 实现 snapshot 的差异 - Farseerfc的小窝 - https://farseerfc.me/zhs/btrfs-vs-zfs-difference-in-implementing-snapshots.html
[3] Btrfs - ArchWiki - https://wiki.archlinux.org/title/Btrfs
[4] Unknown subvolumes on btrfs partitions / Newbie Corner / Arch Linux Forums - https://bbs.archlinux.org/viewtopic.php?id=260291
[5] debian - grub-mkconfig gives error in chroot environment - Unix & Linux Stack Exchange - https://unix.stackexchange.com/questions/558604/grub-mkconfig-gives-error-in-chroot-environment
[6] How to mount LUKS encrypted partitions manually | Linux M0nk3ys - https://evilshit.wordpress.com/2012/10/29/how-to-mount-luks-encrypted-partitions-manually/