Linux 新特性--Ext4,Ext3的特点和区别

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：

关于linux ext4文件系统特性
(Ext4是内核版本2.6.28的重要部分)

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“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。）

Ext4 随 Linux kernel 2.6.28 正式发布已有数周，测试所使用的 Linux 内核版本为 2.6.28.2，测试工具为 IOzone 3.318。
IOzone 测试命令为：

1. time /opt/iozone/bin/iozone -a -s 4G -q 256 -y 4 >|/root/ext4-iozone-stdout.txt

复制代码

上述命令的说明如下：
Auto Mode
File size set to 4194304 KB
Using Maximum Record Size 256 KB
Using Minimum Record Size 4 KB
Command line used: /opt/iozone/bin/iozone -a -s 4G -q 256 -y 4
Output is in Kbytes/sec
Time Resolution = 0.000001 seconds.
Processor cache size set to 1024 Kbytes.
Processor cache line size set to 32 bytes.
File stride size set to 17 * record size.

测试结果除了表明 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：

 

 

 

	reclen	write	rewrite	read	reread	random read	random write	bkwd read	record rewrite	stride read	fwrite	frewrite	fread	freread
Ext2 real 28m12.718s user 0m10.725s sys 5m8.265s	4	218,680	216,596	630,248	245,802	88,700	138,065	106,112	1,882,623	73,538	214,175	218,364	566,570	247,381
	8	215,308	218,690	556,064	246,260	154,680	150,052	188,397	2,462,367	130,896	217,157	216,647	583,808	248,397
	16	216,457	216,843	575,046	245,701	258,660	158,750	306,842	2,654,320	220,939	216,061	218,140	598,174	246,581
	32	217,925	214,289	537,976	243,081	394,013	167,002	464,240	2,397,831	340,775	217,434	219,353	583,463	246,341
	64	215,460	219,256	527,919	244,362	503,227	162,917	609,546	2,546,079	456,243	216,875	217,692	571,707	244,264
	128	219,081	216,173	540,831	242,526	609,750	161,442	721,701	2,656,729	551,122	217,780	217,427	579,271	242,291
	256	216,091	217,631	565,111	245,157	654,274	173,955	870,547	2,574,261	634,835	216,638	219,693	563,735	247,101
Ext3 real 27m42.449s user 0m11.529s sys 7m17.049s	4	218,242	213,039	482,132	243,986	88,007	156,926	105,557	1,540,739	75,010	216,028	216,432	522,704	243,385
	8	218,390	217,915	544,892	244,979	152,424	190,454	181,486	1,945,603	130,737	218,364	216,431	530,853	243,222
	16	218,083	217,683	561,038	244,506	255,244	200,032	300,212	2,096,495	221,329	216,930	216,661	514,177	244,069
	32	216,258	217,013	569,246	243,811	389,745	198,275	446,462	1,934,853	338,785	216,809	219,296	530,634	243,446
	64	218,850	217,711	577,529	243,725	497,689	201,693	589,535	2,036,412	450,449	219,387	214,900	514,353	244,809
	128	220,234	215,687	530,519	241,615	608,244	199,619	714,295	1,992,168	553,022	217,828	218,454	513,596	241,510
	256	216,011	220,188	592,578	242,548	642,341	199,408	834,240	2,092,959	624,043	217,682	218,165	529,358	242,878
Ext4 real 27m3.485s user 0m10.847s sys 6m9.578s	4	221,823	216,992	532,488	273,668	85,210	183,195	103,036	1,862,817	74,781	225,841	220,620	523,799	272,848
	8	226,028	218,580	561,960	272,036	154,972	216,505	178,482	2,135,372	132,506	227,423	215,766	641,021	271,328
	16	222,241	217,746	547,548	270,895	260,899	223,895	295,288	2,095,966	223,135	226,055	216,210	621,287	273,475
	32	220,121	213,025	240,426	247,628	345,210	175,977	451,631	2,145,351	342,236	225,796	213,427	598,331	269,759
	64	223,983	214,437	308,696	551,577	754,941	225,897	523,130	2,218,016	448,086	227,030	214,706	582,795	272,323
	128	222,576	217,816	624,636	271,293	644,500	224,997	720,468	2,308,315	582,943	225,971	217,373	552,335	274,237
	256	221,202	222,238	541,685	270,898	671,748	228,085	845,494	2,215,381	643,715	225,411	219,166	580,066	273,342

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 建立一个全新的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 使用Ext4来挂载一个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….

编译时的一些注意:

关于选项的取舍，一共有这样的几个注意点：

1. 在“General setup”里，Cpuset Support是给有多于16个CPU的主机使用的，一般无须选择。
2. 在“Block layer”里，假如没有2TB的硬盘，就去掉Support for Large Block Devices 。但是实际上如果要使用ext4文件系统，这个选项不能回答N。
3. 在“ Timer frequency ”里，默认是250Hz，最好选择1000Hz以提高GUI响应。经过测试，效果还是不错的，现在我的GUI反应速度和Windows已经差距不大了。
4. 默认设置里面，没有选上任何Sound的选项，需要自己根据硬件情况把Sound里的驱动选上。
5. 如果不是很旧很旧的硬件，就可以去掉APM。
6. 在Processor family里选择对应的CPU的类型，不放心的可以用lshw查看一下。
7. 如果没有4G内存，把NOHIGHMEM设置为N。

 

在xconfig里面可以查找模块，一般是在找硬件模块的时候很有用。至于其它的细节情况，可以先用lsmod命令查看一下，一一地选择对应的模块。而且，一些内核模块在中国并没有相关的硬件，只需要放心大胆地去掉那些无用的模块。比如说，有了某一个模块，那么就可以把和它并列的模块都去掉。当然，还需要注意选项之间的依赖关系。

用lshw可以查看到某些硬件使用的模块，这样可以更快地选择到自己需要的东西。

如果不是一个kernel的开发者，可以在Kernel Hacking里面把Debug symbol去掉，这样可以大大减小内核的大小。

完成选项的选择后，就可以编译了：

make-kpkg clean
make-kpkg --initrd kernel_image

有关make-kpkg的情况，可以用man make-kpkg查看，内容并不多。

编译完成就是安装。编译好的内核在上一层目录，产生了一个deb包，下面安装一下就好了。

因为make-kpkg是debian的编译工具，所以其它发行版里面不能直接使用，那么过程相对就要复杂一些。大概的是下面的过程：

make bzImage
make modules
make modules_install
make install

更多的信息可以去搜索一下，这里不再赘述。