Ext4

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出自Linux Wiki

Ext4的名稱來源於4th extended filesystem，它是廣泛應用於Linux的Ext3文件系統的後繼。同Ext3類似，Ext4也是日誌文件系統。^{[1] [2]}而與Ext3僅僅是將日誌功能加入到Ext2中不同，Ext4對Ext3做了很多深層次的改進，文件系統的數據結構也有變化。目前的Ext4文件系統設計更合理、性能有所提高、可靠性得到增強，還引入了一些新功能。^[3]

在Windows也可訪問Ext4文件系統，見從Windows訪問ext文件系統。

目錄 1 新特性 1.1 新功能 1.2 性能提升 1.3 可靠性增強 1.4 兼容性 2 評價 2.1 測試數據 2.2 已知問題 3 使用ext4 4 相關資料 5 詳情

新特性

做為新一代文件系統，Ext4文件系統具有很多新特性：

新功能

大文件系統與大文件支持

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

在線碎片整理(Online defragmentation)

（開發中）儘管ext4引入了很多避免碎片產生的技術，一個用了很長時間的文件系統總歸要產生一些碎片。Ext4將提供一個可以為單個文件及整個文件系統進行碎片整理的工具。雖然目前已經有不少在線整理磁盤的解決方法，但主流內核還未加入對他們的支持。

打破子文件夾數限制

ext3中一個文件夾的子文件夾數不能超過32000，在ext4中，這一限制被取消。

時間戳的改進

由於計算機總是越來越快，不過任務對時間精度的要求不斷提升，精確到“秒”的時間戳越來越顯得不夠用了。為此，Ext4引入了精確到“納秒”的時間戳。另外，ext4還在將秒的表示增加了2個比特，這就避免了“2038年問題”，使時間的表示範圍增加了約500年。ext4還引了對文件創建時間戳的支持。不過正如Theodore Ts'o所指出的，要使更多的程序支持這一特性，可能還需要修改諸如stat()之類的系統調用函數，而如glibc等依賴於它們的庫也需要做相應的更新。正因如此，“文件創建時間戳”走入用戶應用程序可能還需要一段時間。^[5]

無日誌模式

有些特殊應用可能希望通過取消日誌來提高性能，Ext4提供無日誌模式以適應這些特殊需求（從2.6.29內核開始支持）。

性能提升

更快速的文件系統檢查

fsck檢查磁盤速度慢的一個重要原因是它在第一步要掃描所有的inode。ext4對未分配的inode做了適當標記，這讓fsck檢查磁盤時可以將它們整塊地忽略掉，大大加快了磁盤檢查的時間。^[6]

Extents

Ext2/3等老Linux文件系統使用間接塊映射模式(block mapping)，文件的每一個塊都要被記錄下來，這使得對大文件的操作（如刪除）效率低下。Ext4引入Extents這一概念來代替ext2/3使用的傳統的塊映射(block mapping)方式。“extent”是一個大的連續的物理塊區域，它的引入加快了處理大文件的性能、減少了碎片。當塊大小為4KB時，ext4中的一個extent最大可以映射128MB的連續物理存儲空間。

持續預分配空間(Persistent pre-allocation)

ext4文件系統允許為文件預分配磁盤空間。目前多數文件系統實現這一功能的方法是在要分配的空間中添滿0。 在ext4中不再採用這一方法，而是用一個新的fallocate()內核系統調用來實現（支持ext4和XFS），且其分配的空間很可能是連續的。這一技術在流媒體、P2P等多種場合中都有廣泛應用。

延時分配(Delayed allocation)

該技術也稱為allocate-on-flush，可以提升文件系統的性能。只有數據將要被真正寫入磁盤時，文件系統才為其分配塊，這與其它文件系統在早期就分配好必要的塊是不同的。另外，由於ext4的這種做法可以根據真實的文件大小做塊分配決策，它還減少了碎片的產生。

多塊分配(Multiblock allocator)

Ext3文件系統為每次寫操作最多分配一個4K塊(block)，在處理大文件時會導致性能的下降。Ext4在一次操作中可以分配多個塊，並儘力讓這些塊連續，這有助於減少磁盤碎片。當啟用了延時分配或使用O_DIRECT時這一功能即被啟用。

可靠性增強

日誌校驗

日誌通常用於在硬件故障發生後恢複數據，它是日誌文件系統中最重要的部分之一，按照損壞的日誌執行恢復操作可能導致嚴重的後果。所以Ext4為日誌增加了校驗和以提升可靠性。這一特性還可以安全地避免寫日誌進程的磁盤I/O等待時間，並略微提高了性能。

兼容性

前向兼容

ext4文件系統與ext3部分向前兼容。即只要不啟用extents（ext4的一項新特性），ext4文件系統就可以做為ext3文件系統掛載。

後向兼容

ext4後向兼容與ext3和ext2，即可以將ext3或ext2文件系統做為ext4分區掛載。由於此時可以使用ext4的一些新特性（如新的塊分配算法），這樣做時還可以稍稍提升性能。

評價

測試數據

有關ext4文件系統的測試結果，可以參考Phoronix上的文章，或者可以看LinuxToy上的翻譯。

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

已知問題

雖然ext4已經正式進入2.6.28版內核，但近來出現了ext4丟失數據的報道^[7]，目前這一問題的原因已經查明^[8]，補丁會加入到2.6.30版本內核中。

使用ext4

要使用ext4，推薦在新建分區時將其格式化為ext4。也可以將ext3升級為ext4，參見 http://ext4.wiki.kernel.org/index.php/Ext4_Howto

相關資料

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有關ext4可能丟失數據的報道
8. ↑ 對Ext4文件丟失數據原因的介紹

詳情

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）