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Linux下常用文件系统介绍
不同的操作系统需要使用不同类型的文件系统，为了与其他操作系统兼容，以相互交换数据，通常操作系统都能支持多种类型的文件系统。
Linux内核支持十多种不同类型的文件系统，下面对Linux常用的文件系统作一个简单介绍
ext文件系统
ext是第一个专门为Linux设计的文件系统类型，称为扩展文件系统，在Linux发展的早期，起过重要的作用
Ext是 GNU/Linux 系统中标准的文件系统，其特点为存取文件的性能极好，对于中小型的文件更显示出优势，这主要得利于其簇快取层的优良设计。
其单一文件大小与文件系统本身的容量上限与文件系统本身的簇大小有关，
ext2文件系统
ext2是为解决ext文件系统存在的缺陷而设计的可扩展、高性能的文件系统，称为二级扩展文件系统。ext2于1993年发布，在速度和CPU利用率上具有较突出的优势，是GNU/Linux系统中标准的文件系统，支持256个字节的长文件名，文件存取性能极好。
ext2与ext3文件系统
ext3是ext2的升级版本，兼容ext2,在ext2的基础上，增加了文件系统日志记录功能，称为日志式文件系统。日志式文件系统在因断电或其他异常事件而停机重启后，操作系统会根据文件系统的日志，快速检测并恢复文件系统到正常的状态，并可提高系统的恢复时间，提高数据的安全性。
ext3提供了3种日志模式：日志（journal）、顺序（ordered）和回写（writeback）。与ext2相比，ext3提供了更好的安全性以及向上向下的兼容性能。因此，在Linux系统中可以挂在一个ext3文件系统代替ext2文件系统。ext3文件系统格式被广泛应用于目前的Linux系统中。ext3的缺点是缺乏现代文件系统所具有的高速数据处理和解压的性能。此外，使用ext3文件系统还要考虑磁盘限额问题。
Ext4文件系统
EXT4是第四代扩展文件系统（英语：Fourth extended filesystem，缩写为 ext4）是Linux系统下的日志文件系统，是ext3文件系统的后继版本。
Ext4是由Ext3的维护者Theodore Tso领导的开发团队实现的，并引入到Linux2.6.19内核中。
Ext4产生原因是开发人员在Ext3中加入了新的高级功能，但在实现的过程出现了几个重要问题：
（1）一些新功能违背向后兼容性
（2）新功能使Ext3代码变得更加复杂并难以维护
（3）新加入的更改使原来十分可靠的Ext3变得不可靠
Ext4文件系统的特点
更大的文件系统和更大的文件
Ext3文件系统最多只能支持32TB的文件系统和2TB的文件，根据使用的具体架构和系统设置，实际容量上限可能比这个数字还要低，即只能容纳2TB的文件系统和16GB的文件。而Ext4的文件系统容量达到1EB，而文件容量则达到16TB，这是一个非常大的数字了。对一般的台式机和服务器而言，这可能并不重要，但对于大型磁盘阵列的用户而言，这就非常重要了。
更多的子目录数量
Ext3目前只支持32000个子目录，而Ext4取消了这一限制，理论上支持无限数量的子目录。
更多的块和i-节点数量
Ext3文件系统使用32位空间记录块数量和i-节点数量，而Ext4文件系统将它们扩充到64位。
多块分配
当数据写入到Ext3文件系统中时，Ext3的数据块分配器每次只能分配一个4KB的块，如果写一个100MB的文件就要调用25600次数据块分配器，而Ext4的多块分配器“Multiblock Allocator（MBAlloc）”支持一次调用分配多个数据块。
持久性预分配
如果一个应用程序需要在实际使用磁盘空间之前对它进行分配，大部分文件系统都是通过向未使用的磁盘空间写入0来实现分配，比如P2P软件。为了保证下载文件有足够的空间存放，常常会预先创建一个与所下载文件大小相同的空文件，以免未来的数小时或数天之内磁盘空间不足导致下载失败。而Ext4在文件系统层面实现了持久预分配并提供相应的API，比应用软件自己实现更有效率。
延迟分配
Ext3的数据块分配策略是尽快分配，而Ext4的策略是尽可能地延迟分配，直到文件在缓冲中写完才开始分配数据块并写入磁盘，这样就能优化整个文件的数据块分配，显著提升性能。
盘区结构
Ext3文件系统采用间接映射地址，当操作大文件时，效率极其低下。例如，一个100MB大小的文件，在Ext3中要建立25600个数据块（以每个数据块大小为4KB为例）的映射表；而Ext4引入了盘区概念，每个盘区为一组连续的数据块，上述文件可以通过盘区的方式表示为“该文件数据保存在接下来的25600个数据块中”，提高了访问效率。
新的i-节点结构
Ext4支持更大的i-节点。之前的Ext3默认的i-节点大小128字节，Ext4为了在i-节点中容纳更多的扩展属性，默认i-节点大小为256字节。另外，Ext4还支持快速扩展属性和i-节点保留。
日志校验功能
日志是文件系统最常用的结构，日志也很容易损坏，而从损坏的日志中恢复数据会导致更多的数据损坏。Ext4给日志数据添加了校验功能，日志校验功能可以很方便地判断日志数据是否损坏。而且Ext4将Ext3的两阶段日志机制合并成一个阶段，在增加安全性的同时提高了性能 [1] 。
支持“无日志”模式
日志总归会占用一些开销。Ext4允许关闭日志，以便某些有特殊需求的用户可以借此提升性能。
默认启用Barrier
磁盘上配有内部缓存，以便重新调整批量数据的写操作顺序，优化写入性能，因此文件系统必须在日志数据写入磁盘之后才能写Commit记录。若Commit记录写入在先，而日志有可能损坏，那么就会影响数据完整性。Ext4文件系统默认启用Barrier，只有当Barrier之前的数据全部写入磁盘，才能写Barrier之后的数据。
在线碎片整理
尽管延迟分配、多块分配和盘区功能可以有效减少文件的碎片，但碎片还是不可避免会产生。Ext4支持在线碎片整理，并将提供e4defrag工具进行个别文件或整个文件系统的碎片整理。
支持快速fsck
以前的文件系统版本执行fsck时很慢，因为它要检查所有的i-节点，而Ext4给每个块组的i-节点表中都添加了一份未使用i-节点的列表，所以Ext4文件系统做一致性检查时就可以跳过它们而只去检查哪些在使用的i-节点，从而提高了速度。
支持纳秒级时间戳
Ext4之前的扩展文件系统的时间戳都是以秒为单位的，这已经能够应付大多数设置，但随着处理器的速度和集成程度（多核处理器）不断提升，以及Linux开始向其他应用领域发展，它将时间戳的单位提升到纳秒。
Ext4给时间范围增加了两个位，从而让时间寿命在延长500年，Ext4的时间戳支持的日期到2514年4月25日，而Ext3只达到2038年1月18日。
Ext4文件系统的向前和向后兼容
Ext4文件系统在Ext3的基础之上做了很多改进，引入了大量新功能，这些改进主要是为了提高未来的Linux系统的性能。
虽然Ext4做了很多改进，但依然能够与Ext3实现向后和向前的兼容性，这一点的确很难得。
因为Ext3文件系统是Linux操作系统上最受欢迎的文件系统之一，所以Ext4的研发人员考虑到应该让Ext3用户能够轻松迁移到Ext4，为此，Ext4被设计为在盘区结构方面具有向后和向前的兼容性。
首先Ext4是可以向前兼容的，也就是说Ext3文件系统可以挂载为Ext4文件系统使用，不过为了充分利用Ext4的优势，必须实现文件系统的迁移，以转换和利用新的Ext4格式。
Ext3文件系统可以在线转换为Ext4，但这样并不能用到Ext4的全部新特性，只有将文件系统重新创建为Ext4才比较彻底。
Ext4的向后兼容，向后兼容就是指可以将Ext4文件系统挂载为Ext3文件系统使用，但是前提是Ext4文件系统不能使用盘区功能。
swap文件系统
swap文件系统用于Linux的交换分区。在Linux中，使用整个交换分区来提供虚拟内存，其分区大小一般应是系统物理内存的2倍，在安装Linux操作系统时，就应创建交换分区，它是Linux正常运行所必需的，其类型必须是swap,交换分区由操作系统自行管理
vfat文件系统
vfat是Linux对DOS,Windows系统下的FAT(包括fat16和Fat32)文件系统的一个统称。
VFAT主要用于处理长文件的一种文件名系统，它运行在保护模式下并使用VCACHE进行缓存，并具有和Windows系列文件系统和Linux文件系统兼容的特性。因此VFAT可以作为Windows和Linux交换文件的分区
reiserFS
reiserFS是Linux环境下最稳定的日志文件系统之一，使用快速的平衡二叉树（binary tree）算法来查找磁盘上的自由空间和已有的文件，其搜索速度高于ext2，reiserFS能够像其他大多数文件系统一样，可动态的分配索引节，而无须在文件系统中创建固定的索引节。有助于文件系统更灵活的适应各种存储需要。
ReiserFS的特点（与ext2的对比）
ReiserFS相对于Linux上传统的文件系统--ext2有很多优点，在下面一一介绍。
ReiserFS有先进的日志(Journaling/logging)功能 机制。日志机制保证了在每个实际数据修改之前，相应的日志已经写入硬盘。文件与数据的安全性有了很大提高。
高效的磁盘空间利用
Reiserfs对一些小文件不分配inode。而是将这些文件打包，存放在同一个磁盘分块中。而其它文件系统则为每个小文件分别放置到一个磁盘分块中。这意味着：如果有10000个小文件，就要占用10000个分块。想想看这多浪费磁盘空间。
独特的搜寻方式
ReiserFS基于快速平衡树(balanced tree)搜索，平衡树在性能上非常卓越，这是一种非常高效的算法。ReiserFS搜索大量文件时，搜索速度要比ext2快得多。Reiserfs文件系统使用BTree存储文件，而其它文件系统使用B+Tree树。BTree查询速度比B+Tree要快很多。Reiserfs在文件定位上速度非常快。
在实际运用中，ReiserFS 在处理小于 1k 的文件时，比ext2 快 8 到 15 倍!ReiserFS 几乎在各个方面都优于 ext2。
支持海量磁盘
ReiserFS是一个非常优秀的文件系统，可轻松管理上百G的文件系统，ReiserFS文件系统最大支持的文件系统尺寸为16TB。这非常适合企业级应用中。
优异的性能
由于它的高效存储和快速小文件I/O特点，使用ReiserFs文件系统的PC，在启动X窗口系统时，所花的时间要比在同一台机器上使用ext2文件系统少1/3。另外，ReiserFS文件系统支持单个文件尺寸为4G的文件，这为大型数据库系统在linux上的应用提供了更好的选择。
搜寻方式
ReiserFS是基于平衡树(STree)的文件系统结构，尤其对于大量文件的巨型文件系统，如服务器上的文件系统，搜索速度要比ext2快；ext2使用局部的二分查找法，综合性能比不上ReiserFS。
在Reiser4中还运用了文件即是目录的设计来管理meta-data，并且运用了Hans Reiser自己发明的Dancing B-tree，效率提升非常明显。
空间分配和利用情况
ReiserFS里的目录是完全动态分配的，因此不存在ext2中常见的无法回收巨型目录占用的磁盘空间的情况。ReiserFS里小文件（< 4K）可以直接存储进树，小文件读取和写入的速度更快，树内节点是按字节对齐的，小的文件可共享同一个硬盘块，节约大量空间。Ext2使用固定大小的块分配策略，也就是说，不到4K的小文件也要占据4K的空间，导致的空间浪费比较严重。
缺点
出现异常断电的时候，会出现大量的未写入完全的数据。ReiserFS会在恢复的时候进行rebuild-tree。而这个过程是非常慢的。在ReiserFS的升级版本Reiser4中有所改观。
ReiserFS的起源与未来
在1997年7月23日，Hans Reiser把他的基于平衡树结构的ReiserFS文件系统在网上公布 。这是ReiserFS的第一次公开亮相。此后，ReiserFS一直在Hans Reiser和领导下的开发小组下开发和发展，SuSE Linux也对它的发展起了重大的帮助。由于ReiserFS有一些很有用的特性，更主要的是它比ext2fs要快得多，所以它很快被很多人使用。Novell收购SUSE公司以后停止了对Namesys的资助。但是在2001年，Namesys的ReiserFS受到了五角大楼60万美元的资助。
2008年，由于ReiserFS的创始人Hans Reiser的谋杀罪名成立，Namesys可能面临倒闭或被收购的危险，但是Namesys的工作人员称，即使Namesys倒闭也不会停止Reiser4的继续完善和开发。
XFS文件系统
XfS文件系统是SGI开发的高级日志文件系统，XFS极具伸缩性，非常健壮。后来被移植到Linux 内核上。XFS 特别擅长处理大文件，同时提供平滑的数据传输。
XFS文件系统特性
主要特性包括以下几点：
数据完全性
采用XFS文件系统，当意想不到的宕机发生后，首先，由于文件系统开启了日志功能，所以你磁盘上的文件不再会意外宕机而遭到破坏了。不论目前文件系统上存储的文件与数据有多少，文件系统都可以根据所记录的日志在很短的时间内迅速恢复磁盘文件内容。
传输特性
XFS文件系统采用优化算法，日志记录对整体文件操作影响非常小。XFS查询与分配存储空间非常快。xfs文件系统能连续提供快速的反应时间。笔者曾经对XFS、JFS、Ext3、ReiserFS文件系统进行过测试，XFS文件文件系统的性能表现相当出众。
可扩展性
XFS 是一个全64-bit的文件系统，它可以支持上百万T字节的存储空间。对特大文件及小尺寸文件的支持都表现出众，支持特大数量的目录。最大可支持的文件大 小为263 = 9 x 1018 = 9 exabytes，最大文件系统尺寸为18 exabytes。
XFS使用高的表结构(B+树)，保证了文件系统可以快速搜索与快速空间分配。XFS能够持续提供高速操作，文件系统的性能不受目录中目录及文件数量的限制。
传输带宽
XFS 能以接近裸设备I/O的性能存储数据。在单个文件系统的测试中，其吞吐量最高可达7GB每秒，对单个文件的读写操作，其吞吐量可达4GB每秒
NFS文件系统
NFS即网络文件系统，用于在UNIX系统间通过网络进行文件共享，用户可将网络中NFS服务器提供的共享目录挂载到本地的文件目录中，从而实现操作和访问NFS文件系统中的内容。
总结
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
历史
|文件系统| 创建者 |创建时间 |最开始支持的平台|
|------|------|------|
|ext2| Rémy Card| 1993 |Linux,Hurd|
|XFS| SGI| 1994| IRIX, Linux, FreeBSD|
|ext3| Dr. Stephen C. Tweedie| 1999| Linux|
|ZFS| Sun |2004 |Solaris|
|ext4| 众多开发者 |2006 |Linux|
|Btrfs |Oracle| 2007 |Linux|
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 | 8363 | 1016 | |
| ext3 | 16496 | 1567 | |
| ext4 | 44650 | 4522 | |
| XFS | 89605 | 15091 | |
| Btrfs | 105254 | 7933 |
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
Btrfs还在快速的开发过程中，代码行数可能还有比较大的变化
XFS和Btrfs都使用了B-tree
如何选择
| 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