本文將對(duì)Linux下常見的幾種文件系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，包括ext2、ext3、ext4、XFS和Btrfs，希望能幫助大家更好的選擇合適的文件系統(tǒng)。

內(nèi)容來自于網(wǎng)上找的資料以及自己的一些經(jīng)驗(yàn)，能力有限，錯(cuò)誤在所難免，僅供參考

歷史

從創(chuàng)建時(shí)間可以看出他們所處的不同時(shí)代，因?yàn)锽trfs的實(shí)現(xiàn)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(qū)大小受格式化分區(qū)時(shí)所采用的塊大小(block size)所影響，塊越大，所支持的***文件和分區(qū)越大，也越可能浪費(fèi)磁盤空間，上表列出的數(shù)據(jù)基于4K的塊大小。

代碼規(guī)模

從代碼規(guī)?？梢钥闯鑫募到y(tǒng)的功能豐富程度以及復(fù)雜度，下面列出的數(shù)據(jù)來自于kernel-4.1-rc8，只是簡(jiǎn)單的用wc -l來統(tǒng)計(jì)，沒有過濾空行、注釋等。

• Btrfs還在快速的開發(fā)過程中，代碼行數(shù)可能還有比較大的變化
• XFS和Btrfs都使用了B-tree

ext2

ext的優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單，文件比較少時(shí)性能較好，比較適合文件少的場(chǎng)景，主要缺點(diǎn)如下

• inode的數(shù)量是固定不變的，在格式化分區(qū)的時(shí)候可以指定inode和數(shù)據(jù)塊所占空間的比例，但一旦格式化好，后續(xù)就沒法再改變了
• 當(dāng)塊大小為4K時(shí)，單個(gè)文件大小不能超過2TB，分區(qū)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(gè)目錄下最多只能有32000個(gè)子目錄
• 由于目錄里面存儲(chǔ)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(dāng)目錄下文件個(gè)數(shù)達(dá)到10K以上規(guī)模的時(shí)候，速度會(huì)明顯的變慢
• 當(dāng)?shù)讓拥拇疟P分區(qū)空間變大時(shí)(使用LVM時(shí)很常見)，ext2沒法動(dòng)態(tài)的擴(kuò)展來使用增加的空間
• 沒有日志(Journal)功能，所以數(shù)據(jù)的安全性不高

ext3

ext3在ext2的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了下面幾個(gè)功能，其它的都保持不變，即ext2的缺點(diǎn)ext3也有

• 支持日志(Journal)功能，數(shù)據(jù)的安全性較ext2有很大的提高
• 當(dāng)?shù)讓拥姆謪^(qū)空間變大時(shí)，ext3可以自動(dòng)擴(kuò)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(shù)不再受性能限制(數(shù)量超過10K也不會(huì)有性能問題)

ext4

ext4借鑒了當(dāng)前成熟的一些文件系統(tǒng)技術(shù)，在ext3上增加了一些功能，并且對(duì)性能做了一些改進(jìn)，主要變化如下

• 當(dāng)塊大小為4K時(shí)，支持的***文件和***分區(qū)大小分別達(dá)到了16TB和1EB
• 不再受32000個(gè)子目錄數(shù)的限制，支持不限數(shù)量的子目錄個(gè)數(shù)
• 支持Extents，提高了大文件的操作性能
• 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)上支持一次分配多個(gè)數(shù)據(jù)塊，較ext3的性能有所提高
• 支持延時(shí)分配(即支持fallocate函數(shù))(fallocate是libc的函數(shù)，在不支持該功能的文件系統(tǒng)上，libc會(huì)創(chuàng)建一個(gè)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(gè)文件或者整個(gè)分區(qū))
• 日志(Journal)支持校驗(yàn)碼(checksum)，數(shù)據(jù)的安全性進(jìn)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(duì)性能的影響
• 支持納秒級(jí)的時(shí)間戳
• 記錄了文件的創(chuàng)建時(shí)間，由于相關(guān)的應(yīng)用層工具還不支持，所以只能通過debug的方式看到文件的創(chuàng)建時(shí)間

這里是一個(gè)查看文件/etc/fstab創(chuàng)建時(shí)間的例子(文件存在/dev/sda1分區(qū)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(tǒng)中，數(shù)據(jù)塊都是一個(gè)一個(gè)單獨(dú)管理的，inode中存有指向數(shù)據(jù)塊的指針，文件占用了多少個(gè)數(shù)據(jù)塊，inode里面就有多少個(gè)指針(多級(jí))，想象一下一個(gè)1G的文件，4K的塊大小，那么需要(1024 * 1024)/4=262144個(gè)數(shù)據(jù)塊，即需要262144個(gè)指針，創(chuàng)建文件的時(shí)候需要初始化這些指針，刪除文件的時(shí)候需要回收這些指針，影響性能。現(xiàn)代的文件系統(tǒng)都支持Extents的功能，簡(jiǎn)單點(diǎn)說，Extent就是數(shù)據(jù)塊的集合，以前一次分配一個(gè)數(shù)據(jù)塊，現(xiàn)在可以一次分配一個(gè)Extent，里面包含很多數(shù)據(jù)塊，同時(shí)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(shù)量和層級(jí)，提高了大文件操作的性能。

inode數(shù)量固定： 在ext2/3/4系列的文件系統(tǒng)中，inode的數(shù)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(gè)好處，就是一旦磁盤損壞，恢復(fù)起來要相對(duì)簡(jiǎn)單些，因?yàn)閿?shù)據(jù)在磁盤上布局相對(duì)要固定簡(jiǎn)單。

xfs

和ext4相比，xfs不支持下面這些功能

• 不支持日志(Journal)校驗(yàn)碼
• 不支持無日志(No Journaling)模式
• 不支持文件創(chuàng)建時(shí)間
• 不支持?jǐn)?shù)據(jù)日志(data journal)，只有元數(shù)據(jù)日志(metadata journal)

但xfs有下面這些特性

• 支持的***文件和分區(qū)都達(dá)到了8EB
• inode動(dòng)態(tài)分配，從而不受inode數(shù)量的限制，再也不用擔(dān)心存儲(chǔ)大量小文件導(dǎo)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(zhǎng)度不能超過一個(gè)塊(一般是4K)，而xfs可以達(dá)到64K
• 內(nèi)部采用Allocation groups機(jī)制，各個(gè)group之間沒有依賴，支持并發(fā)操作，在多核環(huán)境的某些場(chǎng)景下性能表現(xiàn)不錯(cuò)
• 提供了原生的dump和restore工具，并且支持在線dump

btrfs

btrfs是一個(gè)和ZFS類似的文件系統(tǒng)，支持的功能非常多，據(jù)說將來會(huì)替換ext4成為L(zhǎng)inux下的默認(rèn)文件系統(tǒng)。這里列舉一些重要的功能

• 支持的***文件和分區(qū)達(dá)到了16EB
• 支持COW(copy on write)
• 針對(duì)小文件和SSD做了優(yōu)化
• inode動(dòng)態(tài)分配
• 支持子分區(qū)(Subvolumes)，子分區(qū)可以單獨(dú)掛載
• 支持元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)(crc32)
• 支持壓縮，去重
• 支持多個(gè)磁盤和分區(qū)，可動(dòng)態(tài)擴(kuò)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(fù)
• 支持快照
• 將ext2/3/4轉(zhuǎn)換成btrfs(反過來不行)

btrfs***的缺點(diǎn)就是由于其COW的實(shí)現(xiàn)方式，導(dǎo)致碎片化問題比較嚴(yán)重，不太適合頻繁寫的場(chǎng)景，比如數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬機(jī)的磁盤文件等。不過大部分場(chǎng)合不需要擔(dān)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(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單一些，出問題后恢復(fù)相對(duì)容易。

結(jié)束語

本篇沒有比較它們的性能，在通常情況下，他們之間沒有太大的性能差別，只有在特定的場(chǎng)景下，才能看出區(qū)別，如果對(duì)性能比較敏感，建議根據(jù)自己的使用場(chǎng)景來測(cè)試不同的文件系統(tǒng)，然后根據(jù)結(jié)果來選擇。