Linux下常見文件系統的示例分析

這篇文章主要介紹了Linux下常見文件系統的示例分析，具有一定借鑒價值，感興趣的朋友可以參考下，希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲，下面讓小編帶著大家一起了解一下。

歷史

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

大小限制

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

代碼規模

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

• Btrfs還在快速的開發過程中，代碼行數可能還有比較大的變化

• XFS和Btrfs都使用了B-tree

ext2

ext的優點是比較簡單，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的數量是固定不變的，在格式化分區的時候可以指定inode和數據塊所占空間的比例，但一旦格式化好，后續就沒法再改變了

• 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達到10K以上規模的時候，速度會明顯的變慢

• 當底層的磁盤分區空間變大時(使用LVM時很常見)，ext2沒法動態的擴展來使用增加的空間

• 沒有日志(Journal)功能，所以數據的安全性不高

ext3

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

• 支持日志(Journal)功能，數據的安全性較ext2有很大的提高

• 當底層的分區空間變大時，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不再受性能限制(數量超過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***分區大小分別達到了16TB和1EB

• 不再受32000個子目錄數的限制，支持不限數量的子目錄個數

• 支持Extents，提高了大文件的操作性能

• 內部實現上支持一次分配多個數據塊，較ext3的性能有所提高

• 支持延時分配(即支持fallocate函數)(fallocate是libc的函數，在不支持該功能的文件系統上，libc會創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)

• 日志(Journal)支持校驗碼(checksum)，數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建時間

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

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

Extents： 在最開始的ext2文件系統中，數據塊都是一個一個單獨管理的，inode中存有指向數據塊的指針，文件占用了多少個數據塊，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個數據塊，即需要262144個指針，創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。現代的文件系統都支持Extents的功能，簡單點說，Extent就是數據塊的集合，以前一次分配一個數據塊，現在可以一次分配一個Extent，里面包含很多數據塊，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量和層級，提高了大文件操作的性能。

inode數量固定： 在ext2/3/4系列的文件系統中，inode的數量都是固定的，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

• 不支持文件創建時間

• 不支持數據日志(data journal)，只有元數據日志(metadata journal)

但xfs有下面這些特性

• 支持的***文件和分區都達到了8EB

• inode動態分配，從而不受inode數量的限制，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，支持并發操作，在多核環境的某些場景下性能表現不錯

• 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，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。這里列舉一些重要的功能

• 支持的***文件和分區達到了16EB

• 支持COW(copy on write)

• 針對小文件和SSD做了優化

• inode動態分配

• 支持子分區(Subvolumes)，子分區可以單獨掛載

• 支持元數據和數據的校驗(crc32)

• 支持壓縮，去重

• 支持多個磁盤和分區，可動態擴展

• 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

另外，ext系列文件系統內部結構相對簡單一些，出問題后恢復相對容易。

感謝你能夠認真閱讀完這篇文章，希望小編分享的“Linux下常見文件系統的示例分析”這篇文章對大家有幫助，同時也希望大家多多支持億速云，關注億速云行業資訊頻道，更多相關知識等著你來學習!