Linux下ext4和ext3的比较

Linuxkernel 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目前所支持的最大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“multiblockallocator”（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fsckExt4 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”（NoJournaling）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（fastextended attributes）和inode保留（inodesreservation）。
12.持久预分配（Persistentpreallocation）。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。）
Ext4随Linuxkernel 2.6.28 正式发布已有数周，一直苦于找不到测试用的磁盘，正巧年前Intel送来几块SSD测试样品，这两天就顺带把SSD也测了。测试所使用的Linux内核版本为2.6.28.2，测试工具为IOzone3.318。

测试命令为：
time/opt/iozone/bin/iozone -a -s 4G -q 256 -y 4>|/root/ext4-iozone-stdout.txt
上述命令的说明如下：
AutoMode
File size set to 4194304 KB
Using Maximum Record Size 256KB
Using Minimum Record Size 4 KB
Command line used:/opt/iozone/bin/iozone -a -s 4G -q 256 -y 4
Output is inKbytes/sec
Time Resolution = 0.000001 seconds.
Processor cachesize set to 1024 Kbytes.
Processor cache line size set to 32bytes.
File stride size set to 17 * record size.
测试结果除了表明IntelSSD 的读写速度快得令人咋舌之外，还可以说明Ext4的各方面性能都超过了上一代Ext3，甚至在大多数情况下，比没有日志功能的Ext2还要快出不少：
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注：
1.关于IOzone测试方法，参考BenMartin 的文章：
2.关于Ext4的相关内容，参考KernelNewbies 专页：自上面的测试报告发布以来，社会各界纷纷来电来函，给出了“Ext4我看行”，“Ext4牛牛牛”，“用了Ext4，嘿，还真对得起这块盘”，“Ext4，碎片去无踪，性能更出众”等等热情洋溢的评论，兄弟我深受鼓舞。在对Ext4颇不低俗的性能进行表扬的同时，人民群众还提出了新的要求，希望看到与现有同类文件系统性能横向比拼的结果。为了满足广大群众的热切需求，今天做了Ext2、Ext3、Ext4、XFS、JFS、ReiserFS和Btrfs的全面性能测试，对比结果如下：



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本次测试所使用的Linuxkernel 版本为2.6.29-rc3，文件系统性能测试工具为IOzone3.318。
从测试结果可以看出，Ext4的综合性能位居现有文件系统之首，JFS、ReiserFS在读性能方面亦有不俗表现。Btrfs的小块数据读写性能与平均水平相差甚远，是导致其本次测试总时间超出平均时间两倍的主要原因。较之其它成熟的文件系统，Btrfs投入生产系统运作可能尚需时日。
至于一小撮不明真相别有用心的群众提出还要测NTFS、Vfat、MSDOS等“文件系统”，恕时间有限，不予受理。