深入理解ext4等Linux文件系统(3)

为了缓解这种情况，Linux 内核（自版本 2.6.30）尝试检测这些常见代码情况并强制立即分配。这会减少但不能防止数据丢失的可能性 —— 并且它对新文件没有任何帮助。如果你是一位开发人员，请注意：保证数据立即写入磁盘的唯一方法是正确调用 fsync()。

无限制的子目录

ext3 仅限于 32000 个子目录；ext4 允许无限数量的子目录。从 2.6.23 内核版本开始，ext4 使用 HTree 索引来减少大量子目录的性能损失。

日志校验

ext3 没有对日志进行校验，这给处于内核直接控制之外的磁盘或自带缓存的控制器设备带来了问题。如果控制器或具自带缓存的磁盘脱离了写入顺序，则可能会破坏 ext3 的日记事务顺序，从而可能破坏在崩溃期间（或之前一段时间）写入的文件。

理论上，这个问题可以使用写入障碍barrier —— 在安装文件系统时，你在挂载选项设置 barrier=1，然后设备就会忠实地执行 fsync 一直向下到底层硬件。通过实践，可以发现存储设备和控制器经常不遵守写入障碍 —— 提高性能（和跟竞争对手比较的性能基准），但增加了本应该防止数据损坏的可能性。

对日志进行校验和允许文件系统崩溃后第一次挂载时意识到其某些条目是无效或无序的。因此，这避免了回滚部分条目或无序日志条目的错误，并进一步损坏的文件系统 —— 即使部分存储设备假做或不遵守写入障碍。

快速文件系统检查

在 ext3 下，在 fsck 被调用时会检查整个文件系统 —— 包括已删除或空文件。相比之下，ext4 标记了 inode 表未分配的块和扇区，从而允许 fsck 完全跳过它们。这大大减少了在大多数文件系统上运行 fsck 的时间，它实现于内核 2.6.24。

改进的时间戳

ext3 提供粒度为一秒的时间戳。虽然足以满足大多数用途，但任务关键型应用程序经常需要更严格的时间控制。ext4 通过提供纳秒级的时间戳，使其可用于那些企业、科学以及任务关键型的应用程序。

ext3 文件系统也没有提供足够的位来存储 2038 年 1 月 18 日以后的日期。ext4 在这里增加了两个位，将 Unix 纪元扩展了 408 年。如果你在公元 2446 年读到这篇文章，你很有可能已经转移到一个更好的文件系统 —— 如果你还在测量自 1970 年 1 月 1 日 00:00（UTC）以来的时间，这会让我死后得以安眠。

在线碎片整理

ext2 和 ext3 都不直接支持在线碎片整理 —— 即在挂载时会对文件系统进行碎片整理。ext2 有一个包含的实用程序 e2defrag，它的名字暗示 —— 它需要在文件系统未挂载时脱机运行。（显然，这对于根文件系统来说非常有问题。）在 ext3 中的情况甚至更糟糕 —— 虽然 ext3 比 ext2 更不容易受到严重碎片的影响，但 ext3 文件系统运行 e2defrag 可能会导致灾难性损坏和数据丢失。

尽管 ext3 最初被认为“不受碎片影响”，但对同一文件（例如 BitTorrent）采用大规模并行写入过程的过程清楚地表明情况并非完全如此。一些用户空间的手段和解决方法，例如 Shake，以这样或那样方式解决了这个问题 —— 但它们比真正的、文件系统感知的、内核级碎片整理过程更慢并且在各方面都不太令人满意。

ext4 通过 e4defrag 解决了这个问题，且是一个在线、内核模式、文件系统感知、块和区段级别的碎片整理实用程序。

正在进行的 ext4 开发

ext4，正如 Monty Python 中瘟疫感染者曾经说过的那样，“我还没死呢！”虽然它的主要开发人员认为它只是一个真正的下一代文件系统的权宜之计，但是在一段时间内，没有任何可能的候选人准备好（由于技术或许可问题）部署为根文件系统。

在未来的 ext4 版本中仍然有一些关键功能要开发，包括元数据校验和、一流的配额支持和大分配块。

元数据校验和

由于 ext4 具有冗余超级块，因此为文件系统校验其中的元数据提供了一种方法，可以自行确定主超级块是否已损坏并需要使用备用块。可以在没有校验和的情况下，从损坏的超级块恢复 —— 但是用户首先需要意识到它已损坏，然后尝试使用备用方法手动挂载文件系统。由于在某些情况下，使用损坏的主超级块安装文件系统读写可能会造成进一步的损坏，即使是经验丰富的用户也无法避免，这也不是一个完美的解决方案！

与 Btrfs 或 ZFS 等下一代文件系统提供的极其强大的每块校验和相比，ext4 的元数据校验和的功能非常弱。但它总比没有好。虽然校验 所有的事情 都听起来很简单！—— 事实上，将校验和与文件系统连接到一起有一些重大的挑战；请参阅设计文档了解详细信息。

一流的配额支持

等等，配额？！从 ext2 出现的那天开始我们就有了这些！是的，但它们一直都是事后的添加的东西，而且它们总是犯傻。这里可能不值得详细介绍，但设计文档列出了配额将从用户空间移动到内核中的方式，并且能够更加正确和高效地执行。

大分配块

随着时间的推移，那些讨厌的存储系统不断变得越来越大。由于一些固态硬盘已经使用 8K 硬件块大小，因此 ext4 对 4K 模块的当前限制越来越受到限制。较大的存储块可以显著减少碎片并提高性能，代价是增加“松弛”空间（当你只需要块的一部分来存储文件或文件的最后一块时留下的空间）。

你可以在设计文档中查看详细说明。

ext4 的实际限制

ext4 是一个健壮、稳定的文件系统。如今大多数人都应该在用它作为根文件系统，但它无法处理所有需求。让我们简单地谈谈你不应该期待的一些事情 —— 现在或可能在未来：

（编辑：ASP站长网）