分类： LINUX
2009-02-01 09:46:20
前幾天公司的電源瞬斷，我的一台使用 reiserfs 的主機就此再也無法開機：『root 檔案系統損毀』。後來拔硬碟到另外一台電腦做 fsck 之後是復活了，但也嚇出了我一身的冷汗。長久以來總一直聽到有關 reiserfs 的種種負面評論，親身體驗之後才知道真的不是一般的恐怖。於是興起來把我所有主機裡的 reiserfs 丟掉的念頭。
要轉換檔案系統是很麻煩沒錯。但最麻煩的是：該選擇哪一種檔案系統才好？Google 了半天，幾乎各種檔案系統都有其支持者和種種見証及說法讓人無所適從，甚至種種測試報告及使用心得，其結論都大異其趣，還真叫人不知該聽信哪一個才好。於 是我決定自己動手測試，畢竟自己動手測過，感覺才會實在。
CPU：Intel(R) Pentium(R) 4 CPU 2.80GHz
RAM：1GB（其中約 600 MB 掛載為 tmpfs）
Kernel：2.6.29-RC1
Swap：(none)
ext2：老牌 Linux 檔案系統，不支援 journaling。
ext3：當今各大 Linux 預設使用的檔案系統。支援 journaling。
ext3 (data)：加上 journal_data 功能的 ext3。
ext4：ext3 的下一版本。已正式進入 kernel 2.6.28 中。
reiserfs：號稱最快的 FS。Linux 上第一個支援 journaling 的檔案系統。
reiserfs (data)：加上 journal_data 功能的 reiserfs。
reiser4：reiserfs 的下一版。（尚未進入 kernel 中）
jfs：由 IBM 所開發的 journaling 型檔案系統。已停止開發。
xfs：由 SGI 所開發的 journaling 型檔案系統。
vfat：古老 DOS/Windows 檔案系統，不支援 journaling。
ntfs：現今 Windows 的主流檔案系統。在 Linux 上是經由 fuse 來支援 ntfs。
zfs：由 Sun 所開發的終極檔案系統。在 Linux 上是經由 fuse 來支援 zfs。
btrfs：下一代 Linux 預設使用的檔案系統。已進入 kernel 2.6.29 RC1 的測試分支中。
把 Swap 關掉。這是為了避免 Swap 到硬碟會影響測試結果。
將650 MB 掛載為 tmpfs。因為 1GB 的 RAM 太大了，故意減少 RAM 的空間。據說測試資料要是 RAM 的 2 倍，結果才會較準確。不過要有塞資料給 tmpfs，它才會真的佔用 RAM 的空間，所以敝人計劃要塞 Debian Etch 的 iso 檔進去，並把它當作資料來源。
把 Debian Etch 的 iso 檔複製到 tmpfs 裡。
掛載該 Debian Etch 的 iso 檔。因為 RAM 的讀取速度應該會遠大於硬碟的讀取速度，用 RAM 當資料來源比較不會影響到測試結果。
開始將該 iso 裡的檔案及目錄複製到測試分割區裡。然後刪除約一半的檔案。如此重覆 24 次。這是模擬人們使用硬碟會不斷寫入刪除資料的動作，讓磁碟裡的資料散亂。最後將硬碟寫滿。
再刪除一部份資料以空出空間做為測試用。如此硬碟裡的資料應該算是十分散亂了。
開始測試資料的讀出、寫入、列出、搜尋、計算剩餘空間等等。並記錄其時間及 CPU Loading。
剛開始寫入硬碟的速度：
![File System Test Start]( "File System Test Start")
btrfs 不愧是下一代 Linux 預設使用的檔案系統，速度實在驚人，竟然連 reiser4 都追不上。
而 ext3 / jfs / xfs 就真的有待加強了。ext3 慢 btrfs 約 36%，jfs 慢 btrfs 約 40%，xfs 慢 btrfs 約 60%。
而加上了 journal_data 功能的 reiserfs 及 ext3 就更慢了，因為所有的資料都要寫入硬碟 2 次。
zfs 和 ntfs 由於是用 fuse 實作的，所以實在慢得可憐。
在磁碟裡的資料散亂後，寫入硬碟的速度：
![File System Test End.png]( "File System Test End.png")
看來，在磁碟裡的資料散亂後，btrfs 會有 fragment 的問題，速度上己被 reiser4 追過。但還是遙遙領先其它的檔案系統。
此時，ext3 慢 btrfs 約 27%，jfs 慢 btrfs 約 30%，xfs 慢 btrfs 約 60%。
fragment 的比率：
這是資料在最剛開始及最後時，寫入速度的比較。jfs 的表現令人驚豔，但也慢了約 13%；btrfs 和 xfs 就有待加強了，約慢了 23% 左右。
ntfs 和 zfs 也許不是 defragment 做得好，而可能是因為碟裡的資料是否散亂已不是速度的瓶頸 - 用 fuse 來實作的速度實在太慢了，慢到連磁碟 I/O 變慢了都不太影響到測試結果。 XD
讀出、寫入、列出、搜尋、計算剩餘空間等等的效能表現：
![File System Performance]( "File System Performance")
reiserfs 不愧是檔案系統的效能之王，佔據了前 1、2 名。而 jfs 則慢了 reiser4 約 40% 左右，xfs 則是慢了 reiser4 約 65% 左右。差距實在很大。
不過在本測試中，操作的多是一些 < 10MB 的小的檔案，對於像是 xfs 這類適用於 > 500MB 大檔案的檔案系統其實並不公平。但個人認為 Linux 系統裡本來就是充斥著小檔案，所以其實也有必要如此測試才行。
敝人也試著用 > 500MB 的大檔案來進行測試，除了 ntfs 和 zfs 之外，最慢的 jfs 也只比最快的 reiser4 慢約 13%，個人認為差距沒有想像中大。
據 說 xfs 在操作 > 1TB 的檔案的速度是其它檔案系統完全比不上的：xfs 要刪除一個 1TB 的檔案和刪除 1KB 的檔案所花費的時間是一樣的；但若是 ext3 則可能要刪上幾個小時。但因為敝人實在沒有什麼操作 1TB 檔案的機會，所以這個功能對敝人而言實在是英雄無用武之地。
另外，每個人、甚至每個目錄操作檔案系統的習慣都不同，有的目錄（像 /var）常在做讀寫動作；而 像 /usr 就讀取比較多，/home 則用ls、讀寫的機會比較高，find 和 du 因為會耗費大量磁磁 I/O 敝人就不常用...一個測試要能完全模擬人們使用磁碟的習慣是不可能的。所以這個測試一定有其不準確的地方，僅供參考。
CPU 使用量：
如 圖，藍色的是 %user，紅色的是 %system，而黃色的是 %iowait。大部份的檔案系統的 %user 都不到2%，差距實在不大；ntfs 和 zfs 是運作在 user space，所以數據才會如此嚇人。而在 %system 上，xfs / jfs /ext3 都約在 10% 上下，其實算是不錯的了。reiserfs 約是 20%，而 btrfs 則是33%，應該是還有很多的調整空間。xfs 竟然還有 18% 是 idle 的，實在太驚人了。要不是 xfs 有著一些較為不足之處，其實敝人光看這個數據，真的會直接轉用 xfs。磁碟空間使用量：
這個數據是指，當 zfs 塞滿後，用同樣的資料量去塞別的檔案系統，會佔用多少硬碟空間。
xfs/btrfs/reiserfs/vfat/ntfs/jfs 的比率十分接近，而 ext2/3/4 的表現就很糟了。使用ext2/3/4 會無謂得浪費很多硬碟空間，在本測試中，ext3 會比 xfs 多佔用 12% 的硬碟空間，ext3 據說要再保留 10%的硬碟空間否則效能會嚴重下滑，想想真的是太超過了。zfs 則是磁碟空間使用量最大的。
另 外，圖中 btrfs 的硬碟使用率極佳，但在個人的測試裡，btrfs 只到約 86% 就回應已無可用空間，但 btrfs 不是支援動態inode 嗎？真令人百思不解。最下方那條 btrfs (guess) 是假設，若那 14% 是被 btrfs 暗槓掉的話，那麼 btrfs 真正的使用空間應該會再多上 16%，那麼它的使用空間就會比 zfs 更多了。
請注意，隨著分割區大小的不同，以上的數據將會跟著不同。
ext2：
在隨身碟上可以考慮使用這個格式，以減少磁碟讀寫，延長隨身碟使用年限。
無謂得浪費很多硬碟空間。
ext3：
因架構上的優勢及長年的開發測試，據說有著最可靠的回復能力。
- 在掛載硬碟時，可用 -o journal_data 啟用 data journaling 功能。那麼，在寫入磁碟時，會先把資料內容先寫入journal 裡，然後再真的寫到磁碟上，如此能有效再進一步降低資料丟失的機率。不過因為資料會寫入磁碟 2 次，效能也會因而大幅下滑。
沒有 undelete 功能。
在開機時會視情況進行自我檢查。有時會等上半小時。非常令人不耐。ext4 據說有試著解決這個問題了。
可用：
來關閉 max-mount-counts，讓它不會在掛載多次後便進行 fsck；並設定 interval-between-checks 為 1 個月。
tune2fs -c 0 -i 1m /dev/hdXY 除了 journal 會佔用大量的硬碟空間之外，有人建議至少要保留 10% 的未使用空間，否則會造成 ext3 效能低落。
ext4：
向前相容於 ext3，但有著更可靠的 checksumming in journal 功能。
在個人測試中，速度可逼進 ext2。
和 ext3 類似的，會無謂得浪費很多硬碟空間。
- 加快了 fsck 的速度。
可線上重整。
reiserfs：
速度飛快。這也是之前敝人選擇這種檔案系統的主因。
和 ext3 一樣，也支援 data journaling 功能。不過效能也會大幅下滑。
- 有些目錄的操作是非同步的，不太適合用於某些系統（像 postfix）上。
會佔用較多的 CPU 及記憶體。較適合用於較新的電腦上。
回復能力較差。常常有人抱怨說，硬碟裡的資料在不正常斷電後就一去不回了。
掛載及卸載速度很慢，嚴重影響到開機速度。
- 個人在使用時，偶爾偶爾在搬移檔案時會出現 Disk I/O 100% 超過 30 秒的怪事。
隨著主要開發者入獄，開發工作幾近停頓了。
reiser4：
改進了 reiserfs 的眾多缺點，且速度比 reiserfs 更快！
隨著主要開發者入獄，開發工作幾近停頓，應該不可能進入 kernel 了。
xfs：
在操作一些充斥著小檔案的目錄，或是在大量新增或移除檔案或目錄時，速度很慢。因此不太建議使用在 / 上。
在操作 > 200MB 的檔案時有其優勢。但個人以 600MB 的檔案實測結果是相差無幾。
可線上重整磁區。
只要使用時日一久，效能下降得很嚴重。
沒有 undelete 功能。
有報告指出，在強迫關機後，甚至只是 umount，檔案可能因而損壞且難以復原。
在所有的檔案系統中，佔用最少的 CPU Loading。
- 掛載及卸載速度極快。
仍在開發維護中。
jfs：
佔用較低的 CPU Loading。
綜合比較起來，速度會比起 ext3 快上一些些。
據說其修復能力可以和 ext3 比擬。
磁碟較不容易有 fragment 的問題。
- 掛載及卸載速度極快。
可將 journal 放到另一顆硬碟上，不過在實作上是有點麻煩。
- 在刪除大量檔案時速度很慢。
雖然 IBM 開發這個磁碟系統時間超過 10 年，但在它在 Linux 真正普及之前就已停止開發了，所以使用的人並不多。所以是否有潛在的問題也未可知。
- Debian Installer 預設就會提供 fsck.jfs。
vfat：
- 還是很常見於數位相機、數位攝影機、手機等等攜帶裝置中。
速度中下，且不支援 journaling。
- 磁碟 fragment 的問題很嚴重。
ntfs：
因為是經由 fuse 來支援 ntfs 的，所以速度很慢很慢。但對於還在使用 Window/Linux 雙系統的使用者而言，它仍是一個很重要的工具程式。
- 在個人測試中常導致 Kernel Panic。
zfs：
- 雖然號稱是終極檔案系統，但因為授權的因素而無法進入 kernel 中，因而是經由 fuse 來支援 zfs 的，所以速度很慢很慢。在 Linux 上幾乎沒有競爭力。
btrfs：
基本上是為了向 zfs 看齊而開發出來的 Linux 終極檔案系統。
支援一些很先進的磁碟功能，像是磁碟快照、磁碟陣列、動態掛載等等。
在速度上也是傲視群倫。
更可靠的 checksumming in journal 功能。
有對 SSD 做最佳化。
可線上重整磁區。
尚在測試實驗階段，連基本架構都未定案。
於是，幾經考慮，在 btrfs 推出之前，在 ext3、reiserfs、jfs 和 xfs 等 4
種檔案系統之間，敝人的首選應該會是jfs - CPU Loading 低、硬碟使用率高、效能中上、回復能力佳。至於 IBM 已停止開發 jfs
一事，我想只好先不管了。
不過，關於資料回復一事，其實以上的評論大多來自網路一些使用者本身的使用經驗。但同是 ext3，有些人說它的回復能力是其它檔案系統所比不上的，但也有使用者回報他的 ext3 死了無數次。所以這些評論請頂多當作參考，不要太過相信呀！
而要讓磁碟資料長保安康，請確保：
記憶體務必好好測過。有問題的記憶體是硬碟資料殺手。
請安裝 UPS。電腦常不正常關機肯定會影響到磁碟資料的。
要進行可能會 kernel panic 的動作，像測試 kernel module 前，請先祈禱。
備份、備份、備份，永遠不嫌少。
然後，再加點運氣，也許那些磁碟資料真能跟著您直到天長地久、海枯石爛呢！
