2016-10-19 09:57:36

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EXT4是第四代扩展文件系统(英语:Fourth extended filesystem,缩写为 ext4)是Linux系统下的日志文件系统,是ext3文件系统的后继版本。

Ext4是由Ext3的维护者Theodore Tso领导的开发团队实现的,并引入到Linux2.6.19内核中。

Ext4产生原因是开发人员在Ext3中加入了新的高级功能,但在实现的过程出现了几个重要问题:

(1)一些新功能违背向后兼容性

(2)新功能使Ext3代码变得更加复杂并难以维护

(3)新加入的更改使原来十分可靠的Ext3变得不可靠。

由于这些原因,从2006年6月份开始,开发人员决定把Ext4从Ext3中分离出来进行独立开发。Ext4的开发工作从那时起开始进行,但大部分Linux用户和管理员都没有太关注这件事情,直到2.6.19内核在2006年11月的发布。Ext4第一次出现在主流内核里,但是它当时还处于试验阶段,因此很多人都忽视了它。

2008年12月25日,Linux Kernel 2.6.28的正式版本发布。随着这一新内核的发布,Ext4文件系统也结束实验期,成为稳定版。

基本信息

  • 中文名

    Ext4

  • 外文名

    The fourth extended file system

折叠 编辑本段 特点

折叠 更大的文件系统和更大的文件

Ext3文件系统最多只能支持32TB的文件系统和2TB的文件,根据使用的具体架构和系统设置,实际容量上限可能比这个数字还要低,即只能容纳2TB的文件系统和16GB的文件。而Ext4的文件系统容量达到1EB,而文件容量则达到16TB,这是一个非常大的数字了。对一般的台式机和服务器而言,这可能并不重要,但对于大型磁盘阵列的用户而言,这就非常重要了。

折叠 更多的子目录数量

Ext3目前只支持32000个子目录,而Ext4取消了这一限制,理论上支持无限数量的子目录。

折叠 更多的块和i-节点数量

Ext3文件系统使用32位空间记录块数量和i-节点数量,而Ext4文件系统将它们扩充到64位。

折叠 多块分配

当数据写入到Ext3文件系统中时,Ext3的数据块分配器每次只能分配一个4KB的块,如果写一个100MB的文件就要调用25600次数据块分配器,而Ext4的多块分配器"Multiblock Allocator(MBAlloc)"支持一次调用分配多个数据块。

折叠 持久性预分配

如果一个应用程序需要在实际使用磁盘空间之前对它进行分配,大部分文件系统都是通过向未使用的磁盘空间写入0来实现分配,比如P2P软件。为了保证下载文件有足够的空间存放,常常会预先创建一个与所下载文件大小相同的空文件,以免未来的数小时或数天之内磁盘空间不足导致下载失败。而Ext4在文件系统层面实现了持久预分配并提供相应的API,比应用软件自己实现更有效率。

折叠 延迟分配

Ext3的数据块分配策略是尽快分配,而Ext4的策略是尽可能地延迟分配,直到文件在缓冲中写完才开始分配数据块并写入磁盘,这样就能优化整个文件的数据块分配,显著提升性能。

折叠 盘区结构

Ext3文件系统采用间接映射地址,当操作大文件时,效率极其低下。例如,一个100MB大小的文件,在Ext3中要建立25600个数据块(以每个数据块大小为4KB为例)的映射表;而Ext4引入了盘区概念,每个盘区为一组连续的数据块,上述文件可以通过盘区的方式表示为"该文件数据保存在接下来的25600个数据块中",提高了访问效率。

折叠 新的i-节点结构

Ext4支持更大的i-节点。之前的Ext3默认的i-节点大小128字节,Ext4为了在i-节点中容纳更多的扩展属性,默认i-节点大小为256字节。另外,Ext4还支持快速扩展属性和i-节点保留。

折叠 日志校验功能

日志是文件系统最常用的结构,日志也很容易损坏,而从损坏的日志中恢复数据会导致更多的数据损坏。Ext4给日志数据添加了校验功能,日志校验功能可以很方便地判断日志数据是否损坏。而且Ext4将Ext3的两阶段日志机制合并成一个阶段,在增加安全性的同时提高了性能。

折叠 支持"无日志"模式

日志总归会占用一些开销。Ext4允许关闭日志,以便某些有特殊需求的用户可以借此提升性能。

折叠 默认启用Barrier

磁盘上配有内部缓存,以便重新调整批量数据的写操作顺序,优化写入性能,因此文件系统必须在日志数据写入磁盘之后才能写Commit记录。若Commit记录写入在先,而日志有可能损坏,那么就会影响数据完整性。Ext4文件系统默认启用Barrier,只有当Barrier之前的数据全部写入磁盘,才能写Barrier之后的数据。

折叠 在线碎片整理

尽管延迟分配、多块分配和盘区功能可以有效减少文件的碎片,但碎片还是不可避免会产生。Ext4支持在线碎片整理,并将提供e4defrag工具进行个别文件或整个文件系统的碎片整理。

折叠 支持快速fsck

以前的文件系统版本执行fsck时很慢,因为它要检查所有的i-节点,而Ext4给每个块组的i-节点表中都添加了一份未使用i-节点的列表,所以Ext4文件系统做一致性检查时就可以跳过它们而只去检查哪些在使用的i-节点,从而提高了速度。

折叠 支持纳秒级时间戳

Ext4之前的扩展文件系统的时间戳都是以秒为单位的,这已经能够应付大多数设置,但随着处理器的速度和集成程度(多核处理器)不断提升,以及Linux开始向其他应用领域发展,它将时间戳的单位提升到纳秒。

Ext4给时间范围增加了两个位,从而让时间寿命在延长500年,Ext4的时间戳支持的日期到2514年4月25日,而Ext3只达到2038年1月18日。

折叠 编辑本段 向前向后兼容

Ext4文件系统在Ext3的基础之上做了很多改进,引入了大量新功能,这些改进主要是为了提高未来的Linux系统的性能。

虽然Ext4做了很多改进,但依然能够与Ext3实现向后和向前的兼容性,这一点的确很难得。

因为Ext3文件系统是Linux操作系统上最受欢迎的文件系统之一,所以Ext4的研发人员考虑到应该让Ext3用户能够轻松迁移到Ext4,为此,Ext4被设计为在盘区结构方面具有向后和向前的兼容性。

首先Ext4是可以向前兼容的,也就是说Ext3文件系统可以挂载为Ext4文件系统使用,不过为了充分利用Ext4的优势,必须实现文件系统的迁移,以转换和利用新的Ext4格式。

Ext3文件系统可以在线转换为Ext4,但这样并不能用到Ext4的全部新特性,只有将文件系统重新创建为Ext4才比较彻底。

Ext4的向后兼容,向后兼容就是指可以将Ext4文件系统挂载为Ext3文件系统使用,但是前提是Ext4文件系统不能使用盘区功能。

折叠 编辑本段 如何使用Ext4

目前的Ext4文件系统是第一个稳定版本,整个的开发进度和发布计划都被放缓了,就是为了保证用户可以享受到"和使用Ext3同等级"的稳定。

一个非常重要的事情是,目前还没有Ext4 Grub。更准确的说,就是目前没有grub支持ext4。换句话说,就是你目前的发行版本的grub不支持ext4。目前我们的Grub2正在开发之中,在ubuntu和debian发行版中已经有了grub2的grub-pc软件包了,但是目前官方仍没有宣布正式支持。在Google SoC中也包含了一个开发版本,且发布了相关补丁。你可以试用一下,你自己选择喽。

在你的发行版本的下一个新版本之中,可能会有相关的支持出现。所以安全起见,尽量保持你的/boot目录为Ext3文件系统类型。

警告归警告,转换到Ext4其实是件很容易的事情,如下方法均可:

1 建立Ext4文件系统。

这是最简单的方法,你只需要升级你的e2fsprogs到Ext4,并且使用mkfs.ext4命令创建文件系统即可。

2 从Ext3迁移到Ext4。

你需要使用tune2fs命令和fsck命令,并且当前文件系统需要被卸载才可以。运行命令

tune2fs -O extents,uninit_bg,dir_index /dev/yourfilesystem

此后,你务必运行fsck命令,否则Ext4将无法挂载你的新文件系统。在fsck过程中,可能会有一些error需要你的确认。你可以考虑使用 -p选项,来告诉fsck你想要的是"automatic repair",即fsck -pf /dev/yourfilesystem

3 用Ext4挂载Ext3文件系统。

你可以使用mount -t ext4 /dev/yourpartition /mnt来将一个Ext3文件系统用Ext4来挂载,但你将享受不到那些需要改变磁盘格式才可以享受得到的特性,比如Extents。你可以享受到的只有 那些不需要改变磁盘格式即可享受得到的特性,比如多块分配、延迟分配等。我们当然不建议您这么做,因为Ext4的优秀特性,您将无法体会。

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