Ext4

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出自Linux Wiki

Ext4的名称来源于4th extended filesystem，它是广泛应用于Linux的Ext3文件系统的后继。同Ext3类似，Ext4也是日志文件系统。^{[1] [2]}而与Ext3仅仅是将日志功能加入到Ext2中不同，Ext4对Ext3做了很多深层次的改进，文件系统的数据结构也有变化。目前的Ext4文件系统设计更合理、性能有所提高、可靠性得到增强，还引入了一些新功能。^[3]

在Windows也可访问Ext4文件系统，见从Windows访问ext文件系统。

目录 1 新特性 1.1 新功能 1.2 性能提升 1.3 可靠性增强 1.4 兼容性 2 评价 2.1 测试数据 2.2 已知问题 3 使用ext4 4 相关资料 5 详情

新特性

做为新一代文件系统，Ext4文件系统具有很多新特性：

新功能

大文件系统与大文件支持

Ext4文件系统最大支持1 exabyte（1000⁶B=1000³GB）^[4]的卷，最大文件可达16TB。

在线碎片整理(Online defragmentation)

（开发中）尽管ext4引入了很多避免碎片产生的技术，一个用了很长时间的文件系统总归要产生一些碎片。Ext4将提供一个可以为单个文件及整个文件系统进行碎片整理的工具。虽然目前已经有不少在线整理磁盘的解决方法，但主流内核还未加入对他们的支持。

打破子文件夹数限制

ext3中一个文件夹的子文件夹数不能超过32000，在ext4中，这一限制被取消。

时间戳的改进

由于计算机总是越来越快，不过任务对时间精度的要求不断提升，精确到“秒”的时间戳越来越显得不够用了。为此，Ext4引入了精确到“纳秒”的时间戳。另外，ext4还在将秒的表示增加了2个比特，这就避免了“2038年问题”，使时间的表示范围增加了约500年。ext4还引了对文件创建时间戳的支持。不过正如Theodore Ts'o所指出的，要使更多的程序支持这一特性，可能还需要修改诸如stat()之类的系统调用函数，而如glibc等依赖于它们的库也需要做相应的更新。正因如此，“文件创建时间戳”走入用户应用程序可能还需要一段时间。^[5]

无日志模式

有些特殊应用可能希望通过取消日志来提高性能，Ext4提供无日志模式以适应这些特殊需求（从2.6.29内核开始支持）。

性能提升

更快速的文件系统检查

fsck检查磁盘速度慢的一个重要原因是它在第一步要扫描所有的inode。ext4对未分配的inode做了适当标记，这让fsck检查磁盘时可以将它们整块地忽略掉，大大加快了磁盘检查的时间。^[6]

Extents

Ext2/3等老Linux文件系统使用间接块映射模式(block mapping)，文件的每一个块都要被记录下来，这使得对大文件的操作（如删除）效率低下。Ext4引入Extents这一概念来代替ext2/3使用的传统的块映射(block mapping)方式。“extent”是一个大的连续的物理块区域，它的引入加快了处理大文件的性能、减少了碎片。当块大小为4KB时，ext4中的一个extent最大可以映射128MB的连续物理存储空间。

持续预分配空间(Persistent pre-allocation)

ext4文件系统允许为文件预分配磁盘空间。目前多数文件系统实现这一功能的方法是在要分配的空间中添满0。 在ext4中不再采用这一方法，而是用一个新的fallocate()内核系统调用来实现（支持ext4和XFS），且其分配的空间很可能是连续的。这一技术在流媒体、P2P等多种场合中都有广泛应用。

延时分配(Delayed allocation)

该技术也称为allocate-on-flush，可以提升文件系统的性能。只有数据将要被真正写入磁盘时，文件系统才为其分配块，这与其它文件系统在早期就分配好必要的块是不同的。另外，由于ext4的这种做法可以根据真实的文件大小做块分配决策，它还减少了碎片的产生。

多块分配(Multiblock allocator)

Ext3文件系统为每次写操作最多分配一个4K块(block)，在处理大文件时会导致性能的下降。Ext4在一次操作中可以分配多个块，并尽力让这些块连续，这有助于减少磁盘碎片。当启用了延时分配或使用O_DIRECT时这一功能即被启用。

可靠性增强

日志校验

日志通常用于在硬件故障发生后恢复数据，它是日志文件系统中最重要的部分之一，按照损坏的日志执行恢复操作可能导致严重的后果。所以Ext4为日志增加了校验和以提升可靠性。这一特性还可以安全地避免写日志进程的磁盘I/O等待时间，并略微提高了性能。

兼容性

前向兼容

ext4文件系统与ext3部分向前兼容。即只要不启用extents（ext4的一项新特性），ext4文件系统就可以做为ext3文件系统挂载。

后向兼容

ext4后向兼容与ext3和ext2，即可以将ext3或ext2文件系统做为ext4分区挂载。由于此时可以使用ext4的一些新特性（如新的块分配算法），这样做时还可以稍稍提升性能。

评价

测试数据

有关ext4文件系统的测试结果，可以参考Phoronix上的文章，或者可以看LinuxToy上的翻译。

另外，在“知道分子”博客上也有一篇文章Ext2 v.s. Ext3 v.s. Ext4 性能比拼可供查阅。

已知问题

虽然ext4已经正式进入2.6.28版内核，但近来出现了ext4丢失数据的报道^[7]，目前这一问题的原因已经查明^[8]，补丁会加入到2.6.30版本内核中。

使用ext4

要使用ext4，推荐在新建分区时将其格式化为ext4。也可以将ext3升级为ext4，参见 http://ext4.wiki.kernel.org/index.php/Ext4_Howto

相关资料

1. ↑ http://kernelnewbies.org/Ext4
2. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Ext4
3. ↑ IBM Developer Networks上的Anatomy of ext4
4. ↑ "Migrating to Ext4". DeveloperWorks. IBM. http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-ext4/. Retrieved on 2008-12-14.
5. ↑ Theodore Ts'o answer on creation time stamps for ext4
6. ↑ Improving fsck Speeds in Ext4(英文)
7. ↑ LinuxToy有关ext4可能丢失数据的报道
8. ↑ 对Ext4文件丢失数据原因的介绍

详情

开发者	Mingming Cao, Andreas Dilger, Alex Zhuravlev (Tomas), Dave Kleikamp, Theodore Ts'o, Eric Sandeen, Sam Naghshineh, others
全称	Fourth extended file system
发布	稳定版: 2008年10月21日<br>
不稳定版: 2006年10月10日 (Linux 2.6.28, 2.6.19)
分区标识	0x83 (MBR)
EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7 (GPT)
结构<br>
目录内容	链表, hashed B-tree
文件分配	Extents/Bitmap
坏块	表格
限制
最大文件尺寸	16 TiB (for 4k block filesystem)
最大文件数量	40亿 （在文件系统创建时指定）
最长文件名	256字节
最大卷容量	1 EiB
文件名字符集	除 NULL ('\0') 和 '/' 外之所有字符
功能
日期记录	修改(mtime), 属性修改 (ctime), 读取 (atime), 删除 (dtime), 创建 (crtime)
日期范围	1901年12月14日 - 2514年4月25日
日期分辨率	纳秒
岔流	否
属性	extents, noextents, mballoc, nomballoc, delalloc, nodelalloc, data=journal, data=ordered, data=writeback, commit=nrsec, orlov, oldalloc, user_xattr, nouser_xattr, acl, noacl, bsddf, minixdf, bh, nobh, journal_dev
文件系统权限	POSIX
透明压缩	否<
透明加密	否
单一实例存储（SIS）	否
操作系统支持	Linux、Windows（通过Ext2Fsd）