Linux分区类型EXT2、EXT3、EXT4详解

一、EXT2与EXT3

   Linux之前缺省情况下使用的文件系统为Ext2，ext2文件系统的确高效稳定。但是，随着Linux系统在关键业务中的应用，Linux文件系统的弱点也渐渐显露出来了:其中系统缺省使用的ext2文件系统是非日志文件系统。这在关键行业的应用是一个致命的弱点.Ext3文件系统是直接从Ext2文件系统发展而来，目前ext3文件系统已经非常稳定可靠。它完全兼容ext2文件系统。用户可以平滑地过渡到一个日志功能健全的文件系统中来。这实际上了也是ext3日志文件系统初始设计的初衷。

二、EXT3日志文件系统的特点

1、高可用性

系统使用了ext3文件系统后，即使在非正常关机后，系统也不需要检查文件系统。宕机发生后，恢复ext3文件系统的时间只要数十秒钟。

2、数据的完整性

ext3文件系统能够极大地提高文件系统的完整性，避免了意外宕机对文件系统的破坏。在保证数据完整性方面，ext3文件系统有2种模式可供选择。其中之一就是“同时保持文件系统及数据的一致性”模式。采用这种方式，你永远不再会看到由于非正常关机而存储在磁盘上的垃圾文件。

3、文件系统的速度

尽管使用ext3文件系统时，有时在存储数据时可能要多次写数据，但是，从总体上看来，ext3比ext2的性能还要好一些。这是因为ext3的日志功能对磁盘的驱动器读写头进行了优化。所以，文件系统的读写性能较之Ext2文件系统并来说，性能并没有降低。

4、数据转换

由ext2文件系统转换成ext3文件系统非常容易，只要简单地键入两条命令即可完成整个转换过程，用户不用花时间备份、恢复、格式化分区等。用一个ext3文件系统提供的小工具tune2fs，它可以将ext2文件系统轻松转换为ext3日志文件系统。另外，ext3文件系统可以不经任何更改，而直接加载成为ext2文件系统。

5、多种日志模式

Ext3有多种日志模式，一种工作模式是对所有的文件数据及metadata（定义文件系统中数据的数据,即数据的数据）进行日志记录（data=journal模式）；另一种工作模式则是只对metadata记录日志，而不对数据进行日志记录，也即所谓data=ordered或data=writeback模式。系统管理人员可以根据系统的实际工作要求，在系统的工作速度与文件数据的一致性之间作出选择。

三、EXT3的优点

为什么你需要从ext2迁移到ext3呢？以下有四个主要原因：可用性、数据完整性、速度、易于迁移。

1、可用性

   在非正常当机后（停电、系统崩溃），只有在通过e2fsck进行一致性校验后，ext2文件系统才能被装载使用。运行e2fsck的时间主要取决于 ext2文件系统的大小。校验稍大一些的文件系统（几十GB）需要很长时间。如果文件系统上的文件数量多，校验的时间则更长。校验几百个GB的文件系统可能需要一个小时或更长。这极大地限制了可用性。相比之下，除非发生硬件故障，即使非正常关机，ext3也不需要文件系统校验。这是因为数据是以文件系统始终保持一致方式写入磁盘的。在非正常关机后，恢复ext3文件系统的时间不依赖于文件系统的大小或文件数量，而依赖于维护一致性所需“日志”的大小。使用缺省日志设置，恢复时间仅需一秒（依赖于硬件速度）。

2、数据完整性

   使用ext3文件系统，在非正常关机时，数据完整性能得到可靠的保障。你可以选择数据保护的类型和级别。你可以选择保证文件系统一致，但是允许文件系统上的数据在非正常关机时受损；这是可以在某些状况下提高一些速度（但非所有状况）。你也可以选择保持数据的可靠性与文件系统一致；这意味着在当机后，你不会在新近写入的文件中看到任何数据垃圾。这个保持数据的可靠性与文件系统一致的安全的选择是缺省设置。

3、速度

   尽管ext3写入数据的次数多于ext2，但是ext3常常快于ext2（高数据流）。这是因为ext3的日志功能优化硬盘磁头的转动。你可以从3种日志模式中选择1种来优化速度，有选择地牺牲一些数据完整性。

4、易于迁移

   你可以不重新格式化硬盘，并且很方便的从ext2迁移至ext3而享受可靠的日志文件系统的好处。对，不需要做长时间的、枯燥的、有可能失误的“备份－重新格式化－恢复”操作，就可以体验ext3的优点。有两种迁移的方法：如果你升级你的系统，Red Hat Linux安装程序会协助迁移。需要你做的工作 就是为每一个文件系统按一下选择按钮。使用tune2fs程序可以为现存的ext2文件系统增加日志功能。如果文件系统在转换的过程已经被装载了(mount)，那么在root目录下会出现文件”.journal”；如果文件系统没有被装载，那么文件系统中不会出现该文件。转换文件系统，只需要运行tune2fs �Cj /dev/hda1(或者你要转换的文件系统所在的任何设备名称)，同时把文件/etc/fstab中的ext2修改为ext3。如果你要转换自己的根文件系统，你必须使用initrd引导启动。参照mkinitrd的手册描述运行程序，同时确认自己的LILO或GRUB配置中装载了initrd（如果没有成功，系统仍然能启动，但是根文件系统会以ext2形式装载，而不是ext3，你可以使用命令cat /proc/mounts 来确认这一点。）详情可参看tune2fs命令的man page在线手册（执行man tune2fs）。

总而言之

   ext3日志文件系统是目前linux系统由ext2文件系统过度到日志文件系统最为简单的一种选择，实现方式也最为简洁。由于是直接从ext2文件系统发展而来，系统由ext2文件系统过渡到ext3日志文件系统升级过程平滑，可以最大限度地保证系统数据的安全性。目前linux系统要使用日志文件系统，最保险的方式就是选择ext3文件系统。

四、EXT3与EXT4的主要区别 

Linux kernel自2.6.28开始正式支持新的文件系统 Ext4。 Ext4是Ext3的改进版，修改了Ext3中部分重要的数据结构，而不仅仅像Ext3对Ext2那样，只是增加了一个日志功能而已。Ext4 可以提供更佳的性能和可靠性，还有更为丰富的功能： 

1.与Ext3兼容

   执行若干条命令，就能从Ext3在线迁移到Ext4，而无须重新格式化磁盘或重新安装系统。原有Ext3数据结构照样保留，Ext4作用于新数据，当然，整个文件系统因此也就获得了Ext4所支持的更大容量。 

2.更大的文件系统和更大的文件

   较之Ext3目前所支持的最大16TB文件系统和最大2TB文件，Ext4分别支持1EB（1,048,576TB，1EB=1024PB，1PB=1024TB）的文件系统，以及16TB 的文件。

3.无限数量的子目录

   Ext3目前只支持32,000个子目录，而Ext4支持无限数量的子目录。 

4.Extents

   Ext3采用间接块映射，当操作大文件时，效率极其低下。比如一个 100MB 大小的文件，在Ext3中要建立25,600个数据块（每个数据块大小为 4KB）的映射表。而Ext4引入了现代文件系统中流行的extents概念，每个 extent 为一组连续的数据块，上述文件则表示为“该文件数据保存在接下来的25,600个数据块中”，提高了不少效率。 

5.多块分配

   当写入数据到 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，写一个 100MB 文件就要调用 25,600 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。 

6.延迟分配

   Ext3的数据块分配策略是尽快分配，而 Ext4 和其它现代文件操作系统的策略是尽可能地延迟分配，直到文件在 cache 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，与前两种特性搭配起来可以显著提升性能。 

7.快速 fsck

   以前执行 fsck 第一步就会很慢，因为它要检查所有的 inode，现在 Ext4 给每个组的 inode 表中都添加了一份未使用 inode 的列表，今后 fsck Ext4 文件系统就可以跳过它们而只去检查那些在用的 inode 了。 

8.日志校验

   日志是最常用的部分，也极易导致磁盘硬件故障，而从损坏的日志中恢复数据会导致更多的数据损坏。Ext4的日志校验功能可以很方便地判断日志数据是否损坏，而且它将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。 

9.“无日志”（No Journaling）模式

   日志总归有一些开销，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。 

10.在线碎片整理

   尽管延迟分配、多块分配和extents能有效减少文件系统碎片，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。 

11.inode 相关特性

   Ext4支持更大的inode，较之Ext3默认的inode大小128字节，Ext4为了在 inode 中容纳更多的扩展属性（如纳秒时间戳或inode版本），默认inode大小为256字节。Ext4 还支持快速扩展属性（fast extended attributes）和inode保留（inodes reservation）。 

12.持久预分配（Persistent preallocation）

   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。 Ext4在文件系统层面实现了持久预分配并提供相应的API（libc 中的 posix_fallocate()），比应用软件自己实现更有效率。 

13.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。（可通过“mount -o barrier=0″命令禁用该特性。） 

五、EXT2转EXT3

编辑/etc/fstab。把每一个你想转换成ext3的分区的条目改成类似的内容:

　　/dev/hdXX /mnt_point ext3 defaults 1 0

在上面的一行中，将 /dev/hdXX 替换成分区，例如 /dev/hda2，把 /mnt_point 替换成你想挂载的位置，例如:/home。最后的 0 保证在启动的时候这个分区不会被chechfs脚本进行一致性检查。若想这个分区肯定可以被挂载然后又不太肯定内核支持ext3的话，可以把ext3换成auto。启动每一个你在 /etc/fstab中改为ext3的分区的日志，运行:tune2fs -j /dev/hdXX 重新挂载分区或者重起系统(如果你重新编译了内核)。