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Linux下常見文件系統(tǒng)的對比

系統(tǒng) Linux
本文將對Linux下常見的幾種文件系統(tǒng)進行對比,包括ext2、ext3、ext4、XFS和Btrfs,希望能幫助大家更好的選擇合適的文件系統(tǒng)。

本文將對Linux下常見的幾種文件系統(tǒng)進行對比,包括ext2、ext3、ext4、XFS和Btrfs,希望能幫助大家更好的選擇合適的文件系統(tǒng)。

內容來自于網上找的資料以及自己的一些經驗,能力有限,錯誤在所難免,僅供參考

歷史

文件系統(tǒng) 創(chuàng)建者 創(chuàng)建時間 最開始支持的平臺
ext2 Rémy Card 1993 Linux,Hurd
XFS SGI 1994 IRIX, Linux, FreeBSD
ext3 Dr. Stephen C. Tweedie 1999 Linux
ZFS Sun 2004 Solaris
ext4 眾多開發(fā)者 2006 Linux
Btrfs Oracle 2007 Linux

從創(chuàng)建時間可以看出他們所處的不同時代,因為Btrfs的實現(xiàn)借鑒自ZFS,所以這里也將ZFS列出來作為參考。

大小限制

文件系統(tǒng) ***文件名長度 ***文件大小 ***分區(qū)大小
ext2 255 bytes 2 TB 16 TB
ext3 255 bytes 2 TB 16 TB
ext4 255 bytes 16 TB 1 EB
XFS 255 bytes 8 EB 8 EB
Btrfs 255 bytes 16 EB 16 EB

***文件和分區(qū)大小受格式化分區(qū)時所采用的塊大小(block size)所影響,塊越大,所支持的***文件和分區(qū)越大,也越可能浪費磁盤空間,上表列出的數(shù)據基于4K的塊大小。

代碼規(guī)模

從代碼規(guī)模可以看出文件系統(tǒng)的功能豐富程度以及復雜度,下面列出的數(shù)據來自于kernel-4.1-rc8,只是簡單的用wc -l來統(tǒng)計,沒有過濾空行、注釋等。

文件系統(tǒng) 源文件(.c) 頭文件(.h)
ext2 8363 1016
ext3 16496 1567
ext4 44650 4522
XFS 89605 15091
Btrfs 105254 7933
  • Btrfs還在快速的開發(fā)過程中,代碼行數(shù)可能還有比較大的變化
  • XFS和Btrfs都使用了B-tree

ext2

ext的優(yōu)點是比較簡單,文件比較少時性能較好,比較適合文件少的場景,主要缺點如下

  • inode的數(shù)量是固定不變的,在格式化分區(qū)的時候可以指定inode和數(shù)據塊所占空間的比例,但一旦格式化好,后續(xù)就沒法再改變了
  • 當塊大小為4K時,單個文件大小不能超過2TB,分區(qū)大小不能超過16TB(目前硬盤大小一般都只有幾TB,所以也不是什么大問題,)
  • 一個目錄下最多只能有32000個子目錄
  • 由于目錄里面存儲的文件和子目錄都是以線性方式來組織的,所以遍歷目錄效率不高,尤其當目錄下文件個數(shù)達到10K以上規(guī)模的時候,速度會明顯的變慢
  • 當?shù)讓拥拇疟P分區(qū)空間變大時(使用LVM時很常見),ext2沒法動態(tài)的擴展來使用增加的空間
  • 沒有日志(Journal)功能,所以數(shù)據的安全性不高

ext3

ext3在ext2的基礎上實現(xiàn)了下面幾個功能,其它的都保持不變,即ext2的缺點ext3也有

  • 支持日志(Journal)功能,數(shù)據的安全性較ext2有很大的提高
  • 當?shù)讓拥姆謪^(qū)空間變大時,ext3可以自動擴展來使用增加的空間
  • 使用HTree來組織目錄里面的文件和子目錄,使目錄下的文件和子目錄數(shù)不再受性能限制(數(shù)量超過10K也不會有性能問題)

ext4

ext4借鑒了當前成熟的一些文件系統(tǒng)技術,在ext3上增加了一些功能,并且對性能做了一些改進,主要變化如下

  • 當塊大小為4K時,支持的***文件和***分區(qū)大小分別達到了16TB和1EB
  • 不再受32000個子目錄數(shù)的限制,支持不限數(shù)量的子目錄個數(shù)
  • 支持Extents,提高了大文件的操作性能
  • 內部實現(xiàn)上支持一次分配多個數(shù)據塊,較ext3的性能有所提高
  • 支持延時分配(即支持fallocate函數(shù))(fallocate是libc的函數(shù),在不支持該功能的文件系統(tǒng)上,libc會創(chuàng)建一個占用磁盤空間文件)
  • 支持在線快速掃描
  • 支持在線碎片整理(單個文件或者整個分區(qū))
  • 日志(Journal)支持校驗碼(checksum),數(shù)據的安全性進一步提高
  • 支持無日志(No Journaling)模式(ext3不支持該功能),這樣就和ext2一樣,消除了寫日志對性能的影響
  • 支持納秒級的時間戳
  • 記錄了文件的創(chuàng)建時間,由于相關的應用層工具還不支持,所以只能通過debug的方式看到文件的創(chuàng)建時間

這里是一個查看文件/etc/fstab創(chuàng)建時間的例子(文件存在/dev/sda1分區(qū)上):

  1. dev@ubuntu:~$ ls -i /etc/fstab 
  2. 10747906 /etc/fstab 
  3. dev@ubuntu:~$ sudo debugfs -R 'stat <10747906>' /dev/sda1 
  4. Inode: 10747906   Type: regular    Mode:  0644   Flags: 0x80000 
  5. Links: 1   Blockcount: 8 
  6. ctime: 0x5546dc54:6e6bc80c -- Sun May  3 22:41:24 2015 
  7.  atime: 0x55d1b014:8bcf7b44 -- Mon Aug 17 05:57:40 2015 
  8.  mtime: 0x5546dc54:6e6bc80c -- Sun May  3 22:41:24 2015 
  9. crtime: 0x5546dc54:6e6bc80c -- Sun May  3 22:41:24 2015 
  10. Size of extra inode fields: 28 
  11. EXTENTS: (0):46712815  

Extents: 在最開始的ext2文件系統(tǒng)中,數(shù)據塊都是一個一個單獨管理的,inode中存有指向數(shù)據塊的指針,文件占用了多少個數(shù)據塊,inode里面就有多少個指針(多級),想象一下一個1G的文件,4K的塊大小,那么需要(1024 * 1024)/4=262144個數(shù)據塊,即需要262144個指針,創(chuàng)建文件的時候需要初始化這些指針,刪除文件的時候需要回收這些指針,影響性能?,F(xiàn)代的文件系統(tǒng)都支持Extents的功能,簡單點說,Extent就是數(shù)據塊的集合,以前一次分配一個數(shù)據塊,現(xiàn)在可以一次分配一個Extent,里面包含很多數(shù)據塊,同時inode里面只需要分配指向Extent的指針就可以了,從而大大減少了指針的數(shù)量和層級,提高了大文件操作的性能。

inode數(shù)量固定: 在ext2/3/4系列的文件系統(tǒng)中,inode的數(shù)量都是固定的,壞處是如果存很多小文件的話,有可能造成inode被用光,但磁盤還有很多剩余空間無法被使用的情況,不過它也有一個好處,就是一旦磁盤損壞,恢復起來要相對簡單些,因為數(shù)據在磁盤上布局相對要固定簡單。

xfs

和ext4相比,xfs不支持下面這些功能

  • 不支持日志(Journal)校驗碼
  • 不支持無日志(No Journaling)模式
  • 不支持文件創(chuàng)建時間
  • 不支持數(shù)據日志(data journal),只有元數(shù)據日志(metadata journal)

但xfs有下面這些特性

  • 支持的***文件和分區(qū)都達到了8EB
  • inode動態(tài)分配,從而不受inode數(shù)量的限制,再也不用擔心存儲大量小文件導致inode不夠用的問題了。
  • 更大的xattr(extended attributes)空間,ext2/3/4及btrfs都限制xattr的長度不能超過一個塊(一般是4K),而xfs可以達到64K
  • 內部采用Allocation groups機制,各個group之間沒有依賴,支持并發(fā)操作,在多核環(huán)境的某些場景下性能表現(xiàn)不錯
  • 提供了原生的dump和restore工具,并且支持在線dump

btrfs

btrfs是一個和ZFS類似的文件系統(tǒng),支持的功能非常多,據說將來會替換ext4成為Linux下的默認文件系統(tǒng)。這里列舉一些重要的功能

  • 支持的***文件和分區(qū)達到了16EB
  • 支持COW(copy on write)
  • 針對小文件和SSD做了優(yōu)化
  • inode動態(tài)分配
  • 支持子分區(qū)(Subvolumes),子分區(qū)可以單獨掛載
  • 支持元數(shù)據和數(shù)據的校驗(crc32)
  • 支持壓縮,去重
  • 支持多個磁盤和分區(qū),可動態(tài)擴展
  • 支持LVM,RAID的功能(有了btrfs,就不再需要lvm和軟raid了)
  • 增量備份和恢復
  • 支持快照
  • 將ext2/3/4轉換成btrfs(反過來不行)

btrfs***的缺點就是由于其COW的實現(xiàn)方式,導致碎片化問題比較嚴重,不太適合頻繁寫的場景,比如數(shù)據庫、虛擬機的磁盤文件等。不過大部分場合不需要擔心,btrfs有在線的碎片整理工具。

如何選擇

下表僅供參考

文件系統(tǒng) 適用場景 原因
ext2 U盤 U盤一般不會存很多文件,且U盤的文件在電腦上有備份,安全性要求沒那么高,由于ext2不寫日志(journal),所以寫U盤性能比較好。當然由于ext2的兼容性沒有fat好,目前大多數(shù)U盤格式還是用fat
ext3 對穩(wěn)定性要求高的地方 有了ext4后,好像沒什么原因還要用ext3,ext4現(xiàn)在的問題是出來時間不長,還需要一段時間變穩(wěn)定
ext4 小文件較少 ext系列的文件系統(tǒng)都不支持inode動態(tài)分配,所以如果有大量小文件需要存儲的話,不建議用ext4
xfs 小文件多或者需要大的xttr空間,如openstack swift將數(shù)據文件的元數(shù)據放在了xttr里面 xfs支持inode動態(tài)分配,所以不存在inode不夠的情況,并且xttr的***長度可以達到64K
btrfs 沒有頻繁的寫操作,且需要btrfs的一些特性 btrfs雖然還不穩(wěn)定,但支持眾多的功能,如果你需要這些功能,且不會頻繁的寫文件,那么選擇btrfs

另外,ext系列文件系統(tǒng)內部結構相對簡單一些,出問題后恢復相對容易。

結束語

本篇沒有比較它們的性能,在通常情況下,他們之間沒有太大的性能差別,只有在特定的場景下,才能看出區(qū)別,如果對性能比較敏感,建議根據自己的使用場景來測試不同的文件系統(tǒng),然后根據結果來選擇。

責任編輯:龐桂玉 來源: segmentfault
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