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Linux
Linux文件系统ext3与ext4主要区别

  很长一段时间以来,ext3是很多linux发行版默认的文件系统,现在ext4已经发布,并且已经有发行版开始使用ext4作为默认的文件系统了(其实最初的时候ext4是作为ext3的扩展,但是为了保证ext3的稳定性等原因,很多人反对直接对ext3进行扩展,所以单独作为了ext4项目)。

  ext3还是使用15个inode来查找数据块,前12个为直接数据块,直接指向存储数据的数据块,接下来分别为一级间接块,二级间接块,三级间接块,如下图:

  其中point本来也是数据块,现在拿来做数据块的索引用,其中ext3的头文件定义为:__u32 i_block[EXT3_N_BLOCKS];/* Pointers to blocks */,所以可以计算ext3文件系统的极限:

  ******分区:

  因为定义的是无符号32位数,所以可能定位的block范围为2^32,也就是4G,如果一个block大小为4KB,所以为4G * 4KB = 16TB

  最大文件:

  前面直接指向12个数据块,一级间接块******为block size / 4,block size就是数据块的大小,因为一个索引是4个字节,所以除以4,这样计算下来,最大的文件可以使用的总块数为:12 + (block size/4) + (block size/4)^2 + (block size/4)^3,如果block size大小为4K,则为(12 + 2^10 + 2^20 + 2^30) * 2^12 约等于4T。

  为了突破ext3这个大小限制,ext4使用了48位的数据块索引空间,同时使用了如下结构代替inode索引的方式:

  struct ext3_extent {

  __u32 ee_block; /* first logical block extent covers */

  __u16 ee_len; /* number of blocks covered by extent */

  __u16 ee_start_hi; /* high 16 bits of physical block */

  __u32 ee_start; /* low 32 bigs of physical block */

  };

  这样查找数据块的时候就不是每个块建立一个索引,而且使用连续的数据块,也就是分别指示起始位置,以及连续的块数,这样在大文件的时候,磁盘io效率以及 查找数据块效率上都有很大的提高,所以ext4的文件系统也比ext3出色。因为使用了48位的索引空间,所以在4KB块大小的情况下,文件系统的极限是 2^48 * 4KB = 1EB,不过,目前由于工具的限制,只能使用16TB的分区。

  EXT3与EXT4的主要区别

  Linux kernel自2.6.28开始正式支持新的文件系统 Ext4。 Ext4是Ext3的改进版,修改了Ext3中部分重要的数据结构,而不仅仅像Ext3对Ext2那样,只是增加了一个日志功能而已。Ext4 可以提供更佳的性能和可靠性,还有更为丰富的功能:

  1.与Ext3兼容。执行若干条命令,就能从Ext3在线迁移到Ext4,而无须重新格式化磁盘或重新安装系统。原有Ext3数据结构照样保留,Ext4作用于新数据,当然,整个文件系统因此也就获得了Ext4所支持的更大容量。

  2.更大的文件系统和更大的文件。较之Ext3目前所支持的******16TB文件系统和最大2TB文件,Ext4分别支持1EB(1,048,576TB,1EB=1024PB,1PB=1024TB)的文件系统,以及16TB 的文件。

  3.无限数量的子目录。Ext3目前只支持32,000个子目录,而Ext4支持无限数量的子目录。

  4.Extents。Ext3 采用间接块映射,当操作大文件时,效率极其低下。比如一个 100MB 大小的文件,在Ext3中要建立25,600个数据块(每个数据块大小为 4KB)的映射表。而Ext4引入了现代文件系统中流行的extents概念,每个 extent 为一组连续的数据块,上述文件则表示为“该文件数据保存在接下来的25,600个数据块中”,提高了不少效率。

  5.多块分配。当 写入数据到 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,写一个 100MB 文件就要调用 25,600 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。

  6.延迟分配。Ext3的数据块分配策略是尽快分配,而 Ext4 和其它现代文件操作系统的策略是尽可能地延迟分配,直到文件在 cache 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,与前两种特性搭配起来可以显著提升性能。

  7.快速 fsck。以前执行 fsck 第一步就会很慢,因为它要检查所有的 inode,现在 Ext4 给每个组的 inode 表中都添加了一份未使用 inode 的列表,今后 fsck Ext4 文件系统就可以跳过它们而只去检查那些在用的 inode 了。

  8.日志校验。日志是最常用的部分,也极易导致磁盘硬件故障,而从损坏的日志中恢复数据会导致更多的数据损坏。Ext4的日志校验功能可以很方便地判断日志数据是否损坏,而且它将 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。

  9.“无日志”(No Journaling)模式。日志总归有一些开销,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。

  10.在线碎片整理。尽管延迟分配、多块分配和extents能有效减少文件系统碎片,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。

  11.inode 相关特性。Ext4 支持更大的inode,较之Ext3默认的inode大小128字节,Ext4为了在 inode 中容纳更多的扩展属性(如纳秒时间戳或inode版本),默认inode大小为256字节。Ext4 还支持快速扩展属性(fast extended attributes)和inode保留(inodes reservation)。

  12.持久预分配(Persistent preallocation)。 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。 Ext4在文件系统层面实现了持久预分配并提供相应的API(libc 中的 posix_fallocate()),比应用软件自己实现更有效率。

  13.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。(可通过“mount -o barrier=0″命令禁用该特性。)

 

 

 
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