Btrfs是下一世代的Linux檔案系統，實際採用的案例越來越多，有必要加以理解，本文將先著墨於無聲資料損毀，再解說Btrfs檔案系統如何使用Data Checksum抵抗無聲資料損毀，以及對於損毀檔案的修復方式，也將介紹Synology怎樣在DSM中運用Btrfs來保護使用者資料的正確性。
在偵錯代價方面，以剛剛RAID-5的例子而言，如圖3所示，若要在每次讀取Disk A時都驗證資料的正確性，就必須同時將Disk B、C、D相對應的區塊也都讀起來，才有辦法做RAID-5同位元（Parity）的檢查。
 |
| ▲圖3 隨機小檔案讀取加入同位元檢查，造成I/O放大的額外負擔。 |
如此一來，會造成隨機小檔案讀取時I/O放大的現象，尤其是硬碟數量多的情況下，所造成的額外讀取負擔會是原本想要讀取的原始資料的好幾倍，對效能的傷害非常大，因此在大多數情況下，RAID讀取時是不會特別去做同位元檢查。
而在定位錯誤方面，延續剛剛四顆硬碟RAID-5的例子，假設不辭辛勞真的把每顆硬碟的資料都讀起來比對（即RAID Data Scrubbing），當發現Parity不一致時，也無法確認到底誰是對的，誰是錯的。如圖4所描述，因為Disk B、C、D中任何一顆硬碟的資料跑掉都會造成Parity改變，如果在發現不一致時，總是假設Parity正確並去修復資料，越修越壞的可能性其實蠻大。
 |
| ▲圖4 若有一個無聲資料損毀，且隨機發生在任一顆硬碟上，此時造成資料錯誤的機率是四分之一，造成Parity錯誤的機率是四分之三，結果當檢查出不一致時，不管以資料或以Parity當基準去修復，越修越壞的可能性都非常高。 |
以上這些限制與RAID是軟體式或硬體式無關，因為都是套用相同的邏輯，會碰到相同的問題。
Btrfs利用Checksum抵抗無聲資料損毀
從前面的說明可以了解，傳統RAID架構的Parity適合在錯誤已知的情況下修復錯誤，但不適用於主動偵測及定位錯誤。為了補足這個部分，通常會使用Checksum來驗證資料的正確性。因為Checksum本身相較於原始資料，長度相當短，又不必平均分散在所有硬碟中，所以在驗證Checksum時不容易有Parity碰到的I/O放大的問題。
事實上，在Linux系統中廣受歡迎的Ext4和XFS檔案系統，已經在後期的版本中將Metadata Checksum列為可選的功能。而在一些新一代的檔案系統例如ZFS與ReFS，則全面為Metadata和Data提供Checksum的能力。Btrfs即為Linux Kernel主線提供的檔案系統中，目前唯一同時提供Metadata及Data Checksum的檔案系統。
圖5為一個Btrfs檔案系統修復的範例，在每次讀檔或執行Btrfs Data Scrubbing時，除了讀取資料外，也會讀取相對應的Checksum來做比對。由於Btrfs本身即內建RAID管理多硬碟的能力，一旦比對發現資料與Checksum不一致，就會利用Btrfs RAID的Parity或Mirror，取得另一個版本的資料，並重新比對Checksum。只有當資料與Checksum比對一致，才會視為正確的資料版本，並在背景自動修復錯誤的地方。
 |
| ▲圖5 Btrfs使用Checksum修復資料的流程。 |
另外，由於Checksum本身可以視為另一筆長度極短的資料，若不幸無聲資料損毀發生在Checksum本身（雖然機率極低），只要資料與Checksum比對不一致，一樣會觸發Btrfs RAID使用Parity或Mirror取得另一個版本的資料與Checksum，只有當資料和Checksum比對完全一致時才會真正做修復，不會有傳統RAID架構下，資料可能越修越壞的疑慮。而在Linux.com網站於2016年的一次訪談中，Btrfs的主要開發者Chris Mason也提到，Facebook確實曾成功利用Btrfs的Checksum能力找到其內部伺服器的硬體Bug。
Synology DSM與Btrfs Checksum的整合
接下來以Synology為例，說明如何運用Synology DSM整合Btrfs的Checksum能力來保護使用者免於無聲資料損毀的風險。以下分為幾個部分來介紹。
Btrfs與Linux RAID的整合
如前面所提及，Btrfs Checksum只提供偵錯和驗證的能力，實際修復資料時還是要仰賴Btrfs RAID的Parity或Mirror所提供的資料冗餘版本。但截至目前為止，Btrfs RAID的RAID 5/6部分，可靠度仍不足以使用在生產環境中。為此，Synology DSM並沒有使用Btrfs RAID，而是選擇成熟且廣泛使用的傳統Linux RAID（MD RAID），並將Btrfs Checksum與Linux RAID整合，使得Btrfs發現資料與Checksum不一致時，能夠利用Linux RAID的Parity或Mirror資料冗餘版本來嘗試修復。這部分的修改只有在Checksum驗證不一致時才會發揮作用，因此不會影響一般正常讀寫時的效能。
Synology Smart Data Scrubbing
雖然Btrfs在讀取時，能自動在背景偵測及修復損壞的資料，但這仰賴RAID的Parity或Mirror冗餘資料仍保留當初正確的版本。為了不讓錯誤惡化到無法修復，定期的Data Scrubbing掃描是必須的。如前面所提，在無聲損毀的情況下，由於單純的RAID架構無法分辨誰對誰錯，RAID Data Scrubbing僅能在假設資料為對的前提下，藉由重新寫入Parity將陣列中的硬碟修正到「一致」但不一定「正確」。假設使用者先執行了RAID Data Scrubbing且剛好有資料發生無聲損毀，RAID Data Scrubbing會將Parity修正到與資料一致，使得之後Btrfs驗證Checksum失敗時，沒有正確的Parity版本可供修復。