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linux文件系统好 Linux下常见文件系统对比

发布时间:2017-04-27 来源:服务器之家

本文将对Linux下常见的几种文件系统进行对比,包括ext2、ext3、ext4、XFS和Btrfs,希望能帮助大家更好的选择合适的文件系统。

内容来自于网上找的资料以及自己的一些经验,能力有限,错误在所难免,仅供参考

历史

从创建时间可以看出他们所处的不同时代,因为Btrfs的实现借鉴自ZFS,所以这里也将ZFS列出来作为参考。

大小限制 文件系统 最大文件名长度 最大文件大小 最大分区大小

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

最大文件和分区大小受格式化分区时所采用的块大小(block size)所影响,块越大,所支持的最大文件和分区越大,也越可能浪费磁盘空间,上表列出的数据基于4K的块大小。

代码规模

从代码规模可以看出文件系统的功能丰富程度以及复杂度,下面列出的数据来自于kernel-4.1-rc8,只是简单的用wc -l来统计,没有过滤空行、注释等。

文件系统 源文件(.c) 头文件(.h)

ext2

ext3

ext4

XFS

Btrfs

ext2

ext的优点是比较简单,文件比较少时性能较好,比较适合文件少的场景,主要缺点如下

inode的数量是固定不变的,在格式化分区的时候可以指定inode和数据块所占空间的比例,但一旦格式化好,后续就没法再改变了

当块大小为4K时,单个文件大小不能超过2TB,分区大小不能超过16TB(目前硬盘大小一般都只有几TB,所以也不是什么大问题,)

一个目录下最多只能有32000个子目录

由于目录里面存储的文件和子目录都是以线性方式来组织的,所以遍历目录效率不高,尤其当目录下文件个数达到10K以上规模的时候,速度会明显的变慢

当底层的磁盘分区空间变大时(使用LVM时很常见),ext2没法动态的扩展来使用增加的空间

没有日志(Journal)功能,所以数据的安全性不高

ext3

ext3在ext2的基础上实现了下面几个功能,其它的都保持不变,即ext2的缺点ext3也有

支持日志(Journal)功能,数据的安全性较ext2有很大的提高

当底层的分区空间变大时,ext3可以自动扩展来使用增加的空间

使用HTree来组织目录里面的文件和子目录,使目录下的文件和子目录数不再受性能限制(数量超过10K也不会有性能问题)

ext4

ext4借鉴了当前成熟的一些文件系统技术,在ext3上增加了一些功能,并且对性能做了一些改进,主要变化如下

当块大小为4K时,支持的最大文件和最大分区大小分别达到了16TB和1EB

不再受32000个子目录数的限制,支持不限数量的子目录个数

支持Extents,提高了大文件的操作性能

内部实现上支持一次分配多个数据块,较ext3的性能有所提高

支持延时分配(即支持fallocate函数)(fallocate是libc的函数,在不支持该功能的文件系统上,libc会创建一个占用磁盘空间文件)

支持在线快速扫描

支持在线碎片整理(单个文件或者整个分区)

日志(Journal)支持校验码(checksum),数据的安全性进一步提高

支持无日志(No Journaling)模式(ext3不支持该功能),这样就和ext2一样,消除了写日志对性能的影响

支持纳秒级的时间戳

记录了文件的创建时间,由于相关的应用层工具还不支持,所以只能通过debug的方式看到文件的创建时间

这里是一个查看文件/etc/fstab创建时间的例子(文件存在/dev/sda1分区上):

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: 在最开始的ext2文件系统中,数据块都是一个一个单独管理的,inode中存有指向数据块的指针,文件占用了多少个数据块,inode里面就有多少个指针(多级),想象一下一个1G的文件,4K的块大小,那么需要(1024 * 1024)/4=262144个数据块,即需要262144个指针,创建文件的时候需要初始化这些指针,删除文件的时候需要回收这些指针,影响性能。现代的文件系统都支持Extents的功能,简单点说,Extent就是数据块的集合,以前一次分配一个数据块,现在可以一次分配一个Extent,里面包含很多数据块,同时inode里面只需要分配指向Extent的指针就可以了,从而大大减少了指针的数量和层级,提高了大文件操作的性能。

inode数量固定: 在ext2/3/4系列的文件系统中,inode的数量都是固定的,坏处是如果存很多小文件的话,有可能造成inode被用光,但磁盘还有很多剩余空间无法被使用的情况,不过它也有一个好处,就是一旦磁盘损坏,恢复起来要相对简单些,因为数据在磁盘上布局相对要固定简单。

xfs

和ext4相比,xfs不支持下面这些功能

不支持日志(Journal)校验码

不支持无日志(No Journaling)模式

不支持文件创建时间

不支持数据日志(datajournal),只有元数据日志(metadata journal)

但xfs有下面这些特性

支持的最大文件和分区都达到了8EB

inode动态分配,从而不受inode数量的限制,再也不用担心存储大量小文件导致inode不够用的问题了。

更大的xattr(extended attributes)空间,ext2/3/4及btrfs都限制xattr的长度不能超过一个块(一般是4K),而xfs可以达到64K

内部采用Allocation groups机制,各个group之间没有依赖,支持并发操作,在多核环境的某些场景下性能表现不错

提供了原生的dump和restore工具,并且支持在线dump

btrfs

btrfs是一个和ZFS类似的文件系统,支持的功能非常多,据说将来会替换ext4成为Linux下的默认文件系统。这里列举一些重要的功能

支持的最大文件和分区达到了16EB

支持COW(copy on write)

针对小文件和SSD做了优化

inode动态分配

支持子分区(Subvolumes),子分区可以单独挂载

支持元数据和数据的校验(crc32)

支持压缩,去重

支持多个磁盘和分区,可动态扩展

支持LVM,RAID的功能(有了btrfs,就不再需要lvm和软raid了)

增量备份和恢复

支持快照

将ext2/3/4转换成btrfs(反过来不行)

btrfs最大的缺点就是由于其COW的实现方式,导致碎片化问题比较严重,不太适合频繁写的场景,比如数据库、虚拟机的磁盘文件等。不过大部分场合不需要担心,btrfs有在线的碎片整理工具。

如何选择

下表仅供参考

文件系统 适用场景 原因

ext2

U盘

U盘一般不会存很多文件,且U盘的文件在电脑上有备份,安全性要求没那么高,由于ext2不写日志(journal),所以写U盘性能比较好。当然由于ext2的兼容性没有fat好,目前大多数U盘格式还是用fat

ext3

对稳定性要求高的地方

有了ext4后,好像没什么原因还要用ext3,ext4现在的问题是出来时间不长,还需要一段时间变稳定

ext4

小文件较少

ext系列的文件系统都不支持inode动态分配,所以如果有大量小文件需要存储的话,不建议用ext4

xfs

小文件多或者需要大的xttr空间,如openstack swift将数据文件的元数据放在了xttr里面

xfs支持inode动态分配,所以不存在inode不够的情况,并且xttr的最大长度可以达到64K

btrfs

没有频繁的写操作,且需要btrfs的一些特性

btrfs虽然还不稳定,但支持众多的功能,如果你需要这些功能,且不会频繁的写文件,那么选择btrfs

另外,ext系列文件系统内部结构相对简单一些,出问题后恢复相对容易。

结束语

本篇没有比较它们的性能,在通常情况下,他们之间没有太大的性能差别,只有在特定的场景下,才能看出区别,如果对性能比较敏感,建议根据自己的使用场景来测试不同的文件系统,然后根据结果来选择。