EXT2/EXT3/EXT4 比較

Posted 2020-09-21

Linux kernel自2.6.28開始正式支持新的文件系統Ext4。Ext4是Ext3的改進版，修改了Ext3中部分重要的數據結構，而不僅僅像Ext3對Ext2那樣，只是增加了一個日誌功能而已。Ext4可以提供更佳的性能和可靠性，還有更為豐富的功能：

1.與Ext3兼容。執行若干條命令，就能從Ext3在線遷移到Ext4，而無須重新格式化磁盤或重新安裝系統。原有Ext3數據結構照樣保留，Ext4作用於新數據，當然，整個文件系統因此也就獲得了Ext4所支持的更大容量。

2.更大的文件系統和更大的文件。較之Ext3目前所支持的最大16TB文件系統和最大2TB文件，Ext4分別支持1EB（1,048,576TB， 1EB=1024PB， 1PB=1024TB）的文件系統，以及16TB的文件。

3.無限數量的子目錄。Ext3目前只支持32,000個子目錄，而Ext4支持無限數量的子目錄。

4. Extents。Ext3採用間接塊映射，當操作大文件時，效率極其低下。比如一個100MB大小的文件，在Ext3中要建立25,600個數據塊（每個數據塊大小為4KB）的映射表。而Ext4引入了現代文件系統中流行的extents概念，每個extent為一組連續的數據塊，上述文件則表示為“該文件數據保存在接下來的25,600個數據塊中”，提高了不少效率。

5.多塊分配。當寫入數據到Ext3文件系統中時，Ext3的數據塊分配器每次只能分配一個4KB的塊，寫一個100MB文件就要調用25,600次數據塊分配器，而Ext4的多塊分配器“multiblock allocator”（mballoc）支持一次調用分配多個數據塊。

6.延遲分配。Ext3的數據塊分配策略是盡快分配，而Ext4和其它現代文件操作系統的策略是盡可能地延遲分配，直到文件在cache中寫完才開始分配數據塊並寫入磁盤，這樣就能優化整個文件的數據塊分配，與前兩種特性搭配起來可以顯著提升性能。

7.快速fsck。以前執行fsck第一步就會很慢，因為它要檢查所有的inode，現在Ext4給每個組的inode表中都添加了一份未使用inode的列表，今後fsck Ext4文件系統就可以跳過它們而只去檢查那些在用的inode了。

8.日誌校驗。日誌是最常用的部分，也極易導致磁盤硬件故障，而從損壞的日誌中恢復數據會導致更多的數據損壞。Ext4的日誌校驗功能可以很方便地判斷日誌數據是否損壞，而且它將Ext3的兩階段日誌機制合併成一個階段，在增加安全性的同時提高了性能。

9. “無日誌”（No Journaling）模式。日誌總歸有一些開銷，Ext4允許關閉日誌，以便某些有特殊需求的用戶可以藉此提升性能。

10.在線碎片整理。儘管延遲分配、多塊分配和extents能有效減少文件系統碎片，但碎片還是不可避免會產生。Ext4支持在線碎片整理，並將提供e4defrag工具進行個別文件或整個文件系統的碎片整理。

11. inode相關特性。Ext4支持更大的inode，較之Ext3默認的inode大小128字節，Ext4為了在inode中容納更多的擴展屬性（如納秒時間戳或inode版本），默認inode大小為256字節。Ext4還支持快速擴展屬性（fast extended attributes）和inode保留（inodes reservation）。

12.持久預分配（Persistent preallocation）。P2P軟件為了保證下載文件有足夠的空間存放，常常會預先創建一個與所下載文件大小相同的空文件，以免未來的數小時或數天之內磁盤空間不足導致下載失敗。Ext4在文件系統層面實現了持久預分配並提供相應的API（libc中的posix_fallocate()），比應用軟件自己實現更有效率。

13.默認啟用barrier。磁盤上配有內部緩存，以便重新調整批量數據的寫操作順序，優化寫入性能，因此文件系統必須在日誌數據寫入磁盤之後才能寫commit記錄，若commit記錄寫入在先，而日誌有可能損壞，那麼就會影響數據完整性。Ext4默認啟用barrier，只有當barrier之前的數據全部寫入磁盤，才能寫barrier之後的數據。（可通過"mount -o barrier=0"命令禁用該特性。）