详解Linux文件系统:ext4及更高版本

2019-10-09 15:46:06王振洲

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:

虽然 ext4 可以处理高达 1 EiB 大小(相当于 1,000,000 TiB)大小的数据,但你 真的 不应该尝试这样做。除了能够记住更多块的地址之外,还存在规模上的问题。并且现在 ext4 不会处理(并且可能永远不会)超过 50-100 TiB 的数据。

ext4 也不足以保证数据的完整性。随着日志记录的重大进展又回到了 ext3 的那个时候,它并未涵盖数据损坏的许多常见原因。如果数据已经在磁盘上被 破坏 —— 由于故障硬件,宇宙射线的影响(是的,真的),或者只是数据随时间衰减 —— ext4 无法检测或修复这种损坏。