Linux 檔案格式 ext2 ext3 ext4 比較

在格式化硬碟時，該選擇那一個？

ext4 可能有舊系統不支援。ext2 和 ext3 該選那一個好，使用日誌會不會讓存取效率變低？

最後我選擇的是 ntfs 格式，反正在 linux 上可以存取，硬碟拿到 MAC 和 Windows 也都能讀。

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我的古老播放機的 linux 是 BusyBox v1.1.3 (2010.09.24-07:11+0000) Built-in shell (ash)

使用 mkfs.ext2 去格式化硬碟會顯示錯誤：

mkfs.ext2 -b 4096 -T ext2 /dev/sda1
mke2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
122068992 inodes, 488275585 blocks
24413779 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=0
14901 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
 32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208, 
 4096000, 7962624, 11239424, 20480000, 23887872, 71663616, 78675968, 
 102400000, 214990848

mkfs.ext2: Could not allocate block in ext2 filesystem while trying to allocate filesystem tables

 

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改用 ext3 就過了。

mkfs.ext3 -b 4096 -T ext3 /dev/sda1
mke2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
122068992 inodes, 488275585 blocks
24413779 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=0
14901 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
 32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208, 
 4096000, 7962624, 11239424, 20480000, 23887872, 71663616, 78675968, 
 102400000, 214990848

Writing inode tables: 623/14901

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突然想了解一下

Linux kernel 自 2.6.28 開始正式支持新的檔案系統 Ext4。

ext3 與 ext4 比較

Ext4修改了 Ext3 中部分重要的資料結構，而不僅僅像 Ext3 對 Ext2 那樣，只是增加了一個日誌功能而已。Ext4 可以提供更佳的性能和可靠性，還有更為豐富的功能：

• 1. 與 Ext3 相容。 執行若干條命令，就能從 Ext3 線上遷移到 Ext4，而無須重新格式化磁片或重新安裝系統。原有 Ext3 資料結構照樣保留，Ext4 作用於新資料，當然，整個檔案系統因此也就獲得了 Ext4 所支援的更大容量。
• 2. 更大的檔案系統和更大的文件。 較之 Ext3 目前所支持的最大 16TB 檔案系統和最大 2TB 檔，Ext4 分別支持 1EB（1,048,576TB， 1EB=1024PB， 1PB=1024TB）的檔案系統，以及 16TB 的檔。
• 3. 無限數量的子目錄。 Ext3 目前只支持 32,000 個子目錄，而 Ext4 支持無限數量的子目錄。
• 4. Extents。 Ext3 採用間接塊映射，當操作大檔時，效率極其低下。比如一個 100MB 大小的檔，在 Ext3 中要建立 25,600 個資料塊（每個資料塊大小為 4KB）的映射表。而 Ext4 引入了現代檔案系統中流行的 extents 概念，每個 extent 為一組連續的資料塊，上述檔則表示為“該檔資料保存在接下來的 25,600 個資料塊中”，提高了不少效率。
• 5. 多塊分配。 當寫入資料到 Ext3 檔案系統中時，Ext3 的資料塊分配器每次只能分配一個 4KB 的塊，寫一個 100MB 檔就要調用 25,600 次資料塊分配器，而 Ext4 的多塊分配器“multiblock allocator”（mballoc） 支持一次調用分配多個資料塊。
• 6. 延遲分配。 Ext3 的資料塊分配策略是儘快分配，而 Ext4 和其它現代檔作業系統的策略是盡可能地延遲分配，直到檔在 cache 中寫完才開始分配資料塊並寫入磁片，這樣就能優化整個檔的資料塊分配，與前兩種特性搭配起來可以顯著提升性能。
• 7. 快速 fsck。 以前執行 fsck 第一步就會很慢，因為它要檢查所有的 inode，現在 Ext4 給每個組的 inode 表中都添加了一份未使用 inode 的列表，今後 fsck Ext4 檔案系統就可以跳過它們而只去檢查那些在用的 inode 了。
• 8. 日誌校驗。 日誌是最常用的部分，也極易導致磁片硬體故障，而從損壞的日誌中恢復資料會導致更多的資料損壞。Ext4 的日誌校驗功能可以很方便地判斷日誌資料是否損壞，而且它將 Ext3 的兩階段日誌機制合併成一個階段，在增加安全性的同時提高了性能。
• 9. “無日誌”（No Journaling）模式。 日誌總歸有一些開銷，Ext4 允許關閉日誌，以便某些有特殊需求的使用者可以借此提升性能。
• 10. 線上磁碟重組。 儘管延遲分配、多塊分配和 extents 能有效減少檔案系統碎片，但碎片還是不可避免會產生。Ext4 支援線上磁碟重組，並將提供 e4defrag 工具進行個別檔或整個檔案系統的磁碟重組。
• 11. inode 相關特性。 Ext4 支持更大的 inode，較之 Ext3 默認的 inode 大小 128 位元組，Ext4 為了在 inode 中容納更多的擴展屬性（如納秒時間戳記或 inode 版本），默認 inode 大小為 256 位元組。Ext4 還支援快速擴展屬性（fast extended attributes）和 inode 保留（inodes reservation）。
• 12. 持久預分配（Persistent preallocation）。 P2P 軟體為了保證下載檔案有足夠的空間存放，常常會預先創建一個與所下載檔案大小相同的空檔，以免未來的數小時或數天之內磁碟空間不足導致下載失敗。 Ext4 在檔案系統層面實現了持久預分配並提供相應的 API（libc 中的 posix_fallocate()），比應用軟體自己實現更有效率。
• 13. 預計啟用 barrier。 磁片上配有內部緩存，以便重新調整批量資料的寫操作順序，優化寫入性能，因此檔案系統必須在日誌資料寫入磁片之後才能寫 commit 記錄，若 commit 記錄寫入在先，而日誌有可能損壞，那麼就會影響資料完整性。Ext4 默認啟用 barrier，只有當 barrier 之前的資料全部寫入磁片，才能寫 barrier 之後的資料。（可通過 “mount -o barrier=0” 命令禁用該特性）

 

ext2 與 ext3 比較

Linux ext2/ext3檔案系統使用索引節點來記錄檔資訊，作用像windows的檔案配置表。索引節點是一個結構，它包含了一個檔的長度、創建及修改時 間、許可權、所屬關係、磁片中的位置等資訊。一個檔案系統維護了一個索引節點的陣列，每個檔或目錄都與索引節點陣列中的唯一一個元素對應。系統給每個索引 節點分配了一個號碼，也就是該節點在陣列中的索引號，稱為索引節點號。 linux檔案系統將檔索引節點號和檔案名同時保存在目錄中。所以，目錄只是將檔的名稱和它的索引節點號結合在一起的一張表，目錄中每一對檔案名稱和 索引節點號稱為一個連接。 對於一個檔來說有唯一的索引節點號與之對應，對於一個索引節點號，卻可以有多個檔案名與之對應。因此，在磁片上的同一個檔可以通過不同的路徑去訪問 它。

Linux 之前預設情況下使用的檔案系統為Ext2，ext2檔案系統的確高效穩定。但是，隨著Linux系統在關鍵業務中的應用，Linux檔案系統的弱點也漸漸 顯露出來了:其中系統預設使用的ext2檔案系統是非日誌檔案系統。這在關鍵行業的應用是一個致命的弱點。本文向各位介紹Linux下使用ext3日誌文 件系統應用。

Ext3檔案系統是直接從Ext2檔案系統發展而來，目前ext3檔案系統已經非常穩定可靠。它完全相容ext2檔案系統。使用者可以平滑地過渡到一個日誌功能健全的檔案系統中來。這實際上了也是ext3日誌檔案系統初始設計的初衷。

Ext3日誌檔案系統的特點

• 1、高可用性：系統使用了ext3檔案系統後，即使在非正常關機後，系統也不需要檢查檔案系統。宕機發生後，恢復ext3檔案系統的時間只要數十秒鐘。
• 2、資料的完整性：ext3 檔案系統能夠極大地提高檔案系統的完整性，避免了意外宕機對檔案系統的破壞。在保證資料完整性方面，ext3檔案系統有2種模式可供選擇。其中之一就是 “同時保持檔案系統及資料的一致性”模式。採用這種方式，你永遠不再會看到由於非正常關機而存儲在磁片上的垃圾檔。
• 3、檔案系統的速度：儘管使用ext3檔案系統時，有時在存儲資料時可能要多次寫資料，但是，從總體上看來，ext3比ext2的性能還要好一些。這是因為ext3的日誌功能對磁片的驅動器讀寫頭進行了優化。所以，檔案系統的讀寫性能較之Ext2檔案系統並來說，性能並沒有降低。
• 4、資料轉換：由 ext2檔案系統轉換成ext3檔案系統非常容易，只要簡單地鍵入兩條命令即可完成整個轉換過程，用戶不用花時間備份、恢復、格式化分區等。用一個 ext3檔案系統提供的小工具tune2fs，它可以將ext2檔案系統輕鬆轉換為ext3日誌檔案系統。另外，ext3檔案系統可以不經任何更改，而直接載入成為ext2檔案系統。
• 5、多種日誌模式：Ext3 有多種日誌模式，一種工作模式是對所有的檔資料及metadata（定義檔案系統中資料的資料,即資料的資料）進行日誌記錄（data=journal 模式）；另一種工作模式則是只對metadata記錄日誌，而不對資料進行日誌記錄，也即所謂data=ordered或者data=writeback 模式。系統管理人員可以根據系統的實際工作要求，在系統的工作速度與檔資料的一致性之間作出選擇。

附註：Ext4 的各方面性能都超過了上一代 Ext3，甚至在大多數情況下，Ext4比沒有日誌功能的 Ext2 還要快出不少。

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http://linux.vbird.org/linux_basic/1010appendix_B.php

EXT2 / EXT3 檔案系統

第二延伸檔案系統 (EXT2)

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為何選擇 EXT3 呢

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格式化

用系統管理員帳戶 (即 root) 身份打「mkfs -t ext2|ext3|ext4 儲存裝置」:

mkfs -t ext3 /dev/sdb5

要格式化檔案系統為 Ext2，亦可以直接使用命令 mkfs.ext2 或 mke2fs，例如：

mkfs.ext2 /dev/sdb5

或者:

mke2fs /dev/sdb5

要格式化檔案系統為 Ext3，亦可以使用命令 mkfs.ext3 或 mke2fs -j，例如：

mkfs.ext3 /dev/sdb5

或者:

mke2fs -j /dev/sdb5

Linux 在 2.6.28 開始正式鼓勵使用 Ext4。要格式化檔案系統為 Ext4，亦可以使用命令 mkfs.ext4 或 mke2fs -T ext4，例如：

mkfs.ext4 /dev/sdb5

或者:

mke2fs -T ext4 /dev/sdb5

mkfs.ext2、mkfs.ext3、mkfs.ext4 和 mke2fs 一般收錄在套件 e2fsprogs 中。

格式化選項

區塊大小 (Block size)

區塊 (block) 是檔案系統儲存檔案內容最小的單位，其大小對檔案系統的空間運用和效用有很大的影響。較的大區塊可以的令檔案系統大小上限和檔案大小上限增加，亦可以加快了大檔案的讀寫。然而亦會浪費較多的空間，對平均檔案大小較小的檔案系統比較不利。區塊大小隻可以在格式化檔案系統時設定，往後除重新格式化外不能改變。

Ext2/Ext3/Ext4 的區塊大小可以是 1024、2048 或 4096 位元組。 (Compaq Alpha 可以使用 8192 位元組區塊) mke2fs 一般預設會把小於 512 MiB 的檔案系統使用 1024 位元組區塊格式化，等於或大於 512 MiB 的檔案系統使用 4096 位元組區塊。(實際是視乎 mke2fs.conf 中檔案系統類型 small 和 default 的設定 blocksize)

您可以使用 mke2fs/mkfs 的選項 -b block-size 指定格式化後檔案系統的區塊大小，例如：

mkfs -t ext3 -b 4096 /dev/sdb5

-T 可以根據檔案系統類型 (fs-type) 決定區塊大小和其他選項，例如使用檔案系統類型 news 的設定格式化檔案系統，可以使用：

mkfs.ext3 -T floppy /dev/fd0

Inode 數目

Ext2/Ext3 檔案系統的 inode 數目限制了整個檔案系統可能最多擁有的檔案數目，而這數目在格式化檔案系統時已決定，往後除重新格式化外不能改變。 。一些儲存了大量小檔案的檔案系統 (例如 USENET 新聞組伺服器) 有機會出現用盡 inode 但仍餘下大量硬碟空間的情況。所以安裝這類伺服器時，檔案系統有機會需要特別設定。

mke2fs 預設會根據檔案系統的大小來決定 inode 的數目，小於或等於 512 MiB 的檔系統會每 4kiB 有一個 inode，512 MiB 以上的檔案系統則每 8kiB 有一個 inode。^[1](實際是視乎 mke2fs.conf 中檔案系統類型 small 和 default 的設定 inode_ratio)

要直接設定 inode 數目可以使用 mke2fs/mkfs.ext2/mkfs.ext3/mkfs 的選項 -N no-of-node，例如：

mke2fs -N 1000000 /dev/sdb5

mke2fs/mkfs.ext2/mkfs.ext3/mkfs 的選項 -i byte-per-inode 根據檔案系統的大小來決定 inode 的數目，例如要檔案系統每 512 KiB 就有一個 inode，可以使用：

mke2fs -i 524288 /dev/sdb5

mke2fs/mkfs 的選項 -T 可以根據檔案系統類型 (fs-type) 決定 inode 數目和其他選項，例如使用檔案系統類型 news 的設定格式化檔案系統，可以使用：

mkfs.ext3 -T news /dev/sdb5

Inode 大小 (inode size)

現時 inode 的大小預設為 256 位元組，早期的 inode 只有 128 位元組。較大的 inode 令檔案系統較易擴充支援 POSIX ACL 和擴充屬性 (Extended Attrible) 等功能。inode 大小同樣在格式化後不能改變。

您可以加上 -I inode-size 指定 inode 大小：

mkfs.ext3 -I 128 /dev/sdb5

保留空間

Ext2/Ext3 預設保留 5% 硬碟空間供系統管理員工作之用。設定保留空間大小可以使用 mke2fs/mkfs.ext2/mkfs.ext3/mkfs 的選項 -m percentage，例如要檔案系統保留 12% 的空間，可以使用：

mkfs.ext2 -m 12 /dev/sdb5

格式化後仍可以使用命令 tune2fs -m 或 tune2fs -r 改變。

偵察壞區塊 (Bad block)

格式化時加上選項 -c，mke2fs 會掃描整個儲存裝置是否有壞區塊 (bad block)，例如：

mkfs -t ext3 -c /dev/sdb6

如果使用選項 -cc，mke2fs 會寫一些資料入儲存裝置每個區塊並再讀取來測試壞區塊 – 比原本只讀更準確和但更慢的方法偵察壞區塊，例如：

mkfs.ext2 -cc /dev/sdc1

日誌大小 (Journal size)

格式化 ext3 或 ext4 時，mke2fs 會自動根據檔案系統的大小劃分日誌 (journal) 的大小^[2]：

• 少於 32,768 個區塊則劃分 1024 個區塊作日誌
• 少於 262,144 個區塊但大於或等於 32,768 個區塊則劃分 4096 個區塊作日誌
• 大於或等於 262,144 個區塊則劃分 8192 個區塊作日誌

您可以加上 -J size=日誌大小 指定建立的日誌大小，單位為 MiB，例如：

mke2fs -J size=128 /dev/sdb1

格式化了 sdb1 為 ext3 並劃分 128 MiB 的日誌。(使用選項 -J 已穩示啟用日誌功能，所以可以略去選項 -j) 留意日誌的大小隻可以為 1024 至 102,400 個區塊。

William von Hagen^[2]認為 mke2fs 自動劃分的日誌大小一般應該很適合，而無需要自訂。日誌過小會令其容易被寫滿，有機會減低檔案系統效率。較大的日誌對啟用 journaling 模式可能有幫助。但如果日誌大於電腦實體記憶體大小，開機修復檔案系統時有機會不夠記憶體載入整個日誌紀錄，不能自動修復。

如果有多於一顆硬碟，可以考慮使用外部日誌 (external journal) 把檔案系統和日誌儲存在不同的硬碟，可以增加效能。

檔案系統類型 (fs-type)

e2fsprog 1.39 之前中的 mkfs.ext2/mkfs.ext3/mke2fs 只支援 news 、 largefile 和 largefile4 三個檔案系統類型。e2fsprog 1.39 開始， mkfs.ext2/mkfs.ext3/mke2fs 使用設定檔案 mke2fs.conf 自訂檔案系統類型。^[3] 現時一般 GNU/Linux 預設的檔案系統類型包括：

• small – 區塊大小 1 KiB，每 4 KiB 一個 inode，inode 大小 128 位元組
• floppy – 區塊大小 1 KiB，每 8 KiB 一個 inode，inode 大小 128 位元組
• news – 每 4 KiB 一個 inode
• largefile – 每 1 MiB 一個 inode

e2fsprogs 預設的 mke2fs.conf 額外定義了 ^[4]：

• largefile4 – 每 4 MiB 一個 inode
• hurd – 區塊大小 4 KiB，inode 大小 128 位元組
• ext3 – 開啟了 has_journal 功能
• ext4 – inode 大小 256 位元組，開啟了 has_journal、extents、huge_file、flex_bg、uninit_bg、dir_nlink 和 extra_isize 功能

檔案系統標簽 (Filesystem label)

檔案系統標簽 (Filesystem label) 在個別檔案系統又叫作 Volume Name，是檔案系統中一個小欄目用作簡述該檔案系統的用途或其儲存數據。現時 GNU/Linux 都會用 USB 手指/IEEE1394 硬碟等可移除儲存裝置的檔案系統標簽作為其掛載目錄的名稱，方便使用者識別。而個別 GNU/Linux distribution 如 Fedora、RHEL 和 CentOS 等亦在 /etc/fstab 取代傳統裝置檔案名稱 (即 /dev/sda1 和 /dev/hdc5 等) 的指定開機時要掛載的檔案系統，避免偶然因為 BIOS 設定或插入次序的改變而引起的混亂。您可以使用選項 -L 標簽 在格式化時設定檔案系統標簽：

mkfs.ext2 -L Photos /dev/sdc1

Ext2/Ext3/Ext4 的檔案系統標簽不可以超過 16 個字元。往後可以使用命令 e2label 或 tune2fs -L 隨時改變。