linux 格式 Ext4，Ext3的特點和區別
今天，有個後輩問我Ext4的優點，一下子不知道該怎麼說，以前只知道Ext4啟動快點，對文件恢復和碎片整理好一點。但具體怎樣，怎沒研究過。就順手谷哥下。查到以下資料，謹供大家參考。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儘可能地延遲分配，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複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借此提升性能。
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。）
Ext4 隨 Linux kernel 2.6.28 正式發佈已有數週，一直苦於找不到測試用的磁盤，www.linuxidc.com正巧年前 Intel 送來幾塊 SSD 測試樣品，這兩天就順帶把 SSD 也測了。測試所使用的 Linux 內核版本為 2.6.28.2，測試工具為 IOzone 3.318。
IOzone 測試命令為：
time /opt/iozone/bin/iozone -a -s 4G -q 256 -y 4 >|/root/ext4-iozone-stdout.txt
上述命令的說明如下：
Auto Mode
File size set to 4194304 KB
Using Maximum Record Size 256 KB
Using Minimum Record Size 4 KB
Command line used: /opt/iozone/bin/iozone -a -s 4G -q 256 -y 4
Output is in Kbytes/sec
Time Resolution = 0.000001 seconds.
Processor cache size set to 1024 Kbytes.
Processor cache line size set to 32 bytes.
File stride size set to 17 * record size.
測試結果除了表明 Intel SSD 的讀寫速度快得令人咋舌之外，還可以說明 Ext4 的各方面性能都超過了上一代 Ext3，甚至在大多數情況下，比沒有日誌功能的 Ext2 還要快出不少：
reclen write rewrite read reread random read random write bkwd read record rewrite stride read fwrite frewrite fread freread
Ext2
real 28m12.718s
user 0m10.725s
sys 5m8.265s 4218,680216,596630,248 245,80288,700 138,065106,112 1,882,623 73,538214,175218,364566,570 247,381
8215,308218,690 556,064246,260154,680150,052188,397 2,462,367 130,896217,157216,647 583,808248,397
16216,457216,843575,046 245,701258,660158,750306,842 2,654,320 220,939216,061218,140 598,174246,581
32217,925214,289537,976243,081394,013 167,002464,240 2,397,831 340,775217,434219,353 583,463246,341
64215,460219,256 527,919244,362503,227162,917609,546 2,546,079 456,243 216,875217,692 571,707244,264
128219,081216,173540,831242,526609,750161,442721,701 2,656,729 551,122217,780217,427579,271 242,291
256216,091217,631565,111245,157654,274173,955870,547 2,574,261 634,835216,638219,693 563,735247,101
Ext3
real 27m42.449s
user 0m11.529s
sys 7m17.049s 4218,242213,039482,132243,98688,007156,926105,5571,540,73975,010 216,028216,432522,704243,385
8218,390217,915544,892244,979152,424190,454181,4861,945,603130,737218,364216,431530,853243,222
16218,083217,683561,038244,506255,244200,032300,2122,096,495221,329216,930216,661514,177244,069
32216,258217,013 569,246 243,811389,745198,275446,4621,934,853338,785216,809219,296530,634243,446
64218,850217,711577,529 243,725497,689201,693589,5352,036,412450,449219,387214,900514,353244,809
128220,234215,687530,519241,615608,244199,619714,2951,992,168553,022217,828218,454 513,596241,510
256216,011220,188592,578 242,548642,341199,408834,2402,092,959624,043217,682218,165529,358242,878
Ext4
real 27m3.485s
user 0m10.847s
sys 6m9.578s 4221,823 216,992 532,488273,668 85,210183,195 103,0361,862,81774,781225,841 220,620 523,799272,848
8226,028 218,580561,960 272,036 154,972 216,505 178,4822,135,372132,506 227,423 215,766641,021 271,328
16222,241 217,746 547,548270,895 260,899 223,895 295,2882,095,966223,135 226,055 216,210621,287 273,475
32220,121 213,025240,426247,628 345,210175,977 451,6312,145,351342,236 225,796 213,427598,331 269,759
64223,983 214,437308,696551,577 754,941 225,897 523,1302,218,016448,086227,030 214,706582,795 272,323
128222,576 217,816 624,636 271,293 644,500 224,997 720,4682,308,315582,943 225,971 217,373552,335274,237
256221,202 222,238 541,685270,898 671,748 228,085 845,4942,215,381643,715 225,411 219,166580,066
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