ext4

ext4
Разработчик	Mingming Cao, Andreas Dilger, Alex Zhuravlev (Tomas), Dave Kleikamp, Theodore Ts'o, Eric Sandeen, Sam Naghshineh и другие
Файловая система	Fourth extended file system
Дата представления	Стабильная версия: 21 октября 2008 Тестовая версия: 10 октября 2006 (Linux 2.6.28, 2.6.19)
Метка тома	0x83 (MBR) EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7 (GPT)
Структура
Содержимое папок	Linked list, hashed B-tree
Размещение файлов	Extents/Bitmap
Сбойные сектора	Table
Ограничения
Максимальный размер файла	16 тебибайт (размер кластера 4 кибибайта)
Максимум файлов	4 миллиарда (specified at filesystem creation time)
Максимальная длина имени файла	256 байт
Максимальный размер тома	1 эксбибайт (ограничен до 16 тебибайт из-за ограничений e2fsprogs)
Допустимые символы в названиях	Все байты кроме NULL и '/'
Возможности
Свойства	modification (mtime), attribute modification (ctime), access (atime), delete (dtime), create (crtime)
Диапазон дат	14 декабря 1901 - 25 апреля 2514
Точность хранения даты	Наносекунда
Потоки метаданных	Нет
Атрибуты	extents, noextents, mballoc, nomballoc, delalloc, nodelalloc, data=journal, data=ordered, data=writeback, commit=nrsec, orlov, oldalloc, user_xattr, nouser_xattr, acl, noacl, bsddf, minixdf, bh, nobh, journal_dev
Права доступа	POSIX
Фоновая компрессия	Нет
Фоновое шифрование	Нет
Поддерживается ОС	Linux, Windows (только чтение)

Fourth Extended File System (четвёртая версия расширенной файловой системы), сокр. ext4, или ext4fs — журналируемая файловая система, используемая в ОС с ядром Linux. Основана на файловой системе ext3, которая является файловой системой по умолчанию во многих дистрибутивах GNU/Linux.

Впервые экспериментальная поддержка ext4 была выпущена в виде патча для Linux версий 2.6.19-rc1-mm1 и 2.6.19-rc1-git8 10 октября 2006 года программистом Эндрю Мортоном (англ.).^[1]

Характеристика

Основной особенностью стало увеличение максимального объёма одного раздела диска до 1 эксбибайта (2⁶⁰ байт) при размере блока 4Kb, и увеличение размера одного файла до 16 тебибайт. Кроме того, в ext4 представлен механизм пространственной (extent) записи файлов (новая информация добавляется в конец заранее выделенной по соседству области файла), уменьшающий фрагментацию и повышающий производительность.

Особенности

• Использование экстентов. В файловой системе ext3 адресация данных выполнялась традиционным образом, поблочно. Такой способ адресации становится менее эффективным с ростом размера файлов. Экстенты позволяют адресовать большое количество (до 128 MB) последовательно идущих блоков одним дескриптором. До 4х указателей на экстенты может размещаться непосредственно в inode, что достаточно для файлов маленького и среднего размера.

• 48-битные номера блоков. При размере блока 4K это позволяет адресовать до одного эксбибайта (2⁴⁸*4KB = 2⁵⁰*1KB = 2⁶⁰ B = 1 EB).

• Выделение блоков группами (multiblock allocation). Файловая система хранит не только информацию о местоположении свободных блоков, но и количество свободных блоков, идущих друг за другом. При выделении места файловая система находит такой фрагмент, в который данные могут быть записаны без фрагментации. Это снижает уровень фрагментации файловой системы в целом.

• Отложенное выделение блоков (delayed allocation). Выделение блоков для хранения данных файла происходят непосредственно перед физической записью на диск (например, при вызове sync), а не при вызове write. В результате, операции выделения блоков можно делать не по одной, а группами, что в свою очередь минимизирует фрагментацию и ускоряет процесс выделения блоков. С другой стороны, увеличивает риск потери данных в случае внезапного пропадания питания.

• Превышен лимит в 32000 каталогов. В ext3, если не использовать специальные патчи, в одном каталоге можно было создать не более 32000 подкаталогов (или, если быть совсем точным, до 65535 каталогов, но только изменяя константы ядра).

• Резервирование inode'ов при создании каталога (directory inodes reservation). При создании каталога резервируется несколько inode'ов. Впоследствии, при создании файлов в этом каталоге сначала используются зарезервированные inode'ы, и если таких не осталось, выполняется обычная процедура.

• Размер inode. Размер inode (по умолчанию) увеличен с 128 до 256 байтов. Это дало возможность реализовать те преимущества, которые перечислены ниже.

• Временные метки с наносекундной точностью (nanosecond timestamps). Более высокая точность времён, хранящихся в inode. Диапазон хранящихся времён тоже расширен: если раньше верхней границей хранимого времени было 18 января 2038 года, то теперь это 25 апреля 2514 года.

• Версия inode. В inode появился номер, который увеличивается при каждом изменении inode файла. Это будет использоваться, например, в NFSv4, для того чтобы узнавать, изменился ли файл.

• Хранение расширенных атрибутов в inode (EA in inode). Хранение расширенных атрибутов, таких как ACL, атрибутов SELinux и прочих, позволяет повысить производительность. Атрибуты, для которых недостаточно места в inode, хранятся в отдельном блоке размером 4KB. Предполагается снять это ограничение в будущем.

• Контрольное суммирование в журнале (Journal checksumming). Контрольные суммы журнальных транзакций. Позволяют лучше найти и (иногда) исправить ошибки при проверке целостности системы после сбоя.

• Предварительное выделение (persistent preallocation). Сейчас для того, чтобы приложению гарантированно занять место в файловой системе, оно заполняет его нулями. В ext4 появилась возможность зарезервировать множество блоков для записи и не тратить на инициализацию лишнее время. Если приложение попробует прочитать данные, оно получит сообщение о том, что они не проинициализированы. Таким образом, несанкционированно прочитать удалённые данные не получится.

• Дефрагментация без размонтирования (online Defragmentation). Реализовано в самой последней версии e2fsprogs. (~/misc/e4defrag)

• Неинициализированные блоки (uninitialised groups). Пока не реализовано. Позволяет ускорить проверку файловой системы с помощью fsck. Блоки, отмеченные как неиспользуемые, проверяются группами, и детальная проверка производится только если проверка группы показала, что внутри есть повреждения. Предполагается, что эта возможность может очень сильно ускорить процесс проверки целостности файловой системы; в зависимости от способа размещения данных время проверки будет составлять от 1/2 до 1/10 от нынешнего.

Поддержка в операционных системах

В системах MS Windows доступ к томам с ext4 возможен посредством использования технологии coLinux. Поддержка Просмотра/Чтения реализована в программе Ext2read. Частичный функционал работы с ext4 на уровне драйвера Windows реализован в Ext2Fsd Project.

Дистрибутивы Linux

• Ubuntu 9.04 — опционально, начиная с версии 9.10, ext4 стала ФС по умолчанию.
• Debian 6.0 — опционально.
• Поддержка ext4 включена в Fedora 9 (в Fedora 11 — основная), в версию 3.5 (начиная с Loop 3) Sabayon Linux, ArchLinux, Slackware.
• В openSUSE 11.2 и дистрибутивах линейки Mandriva Linux 2010 — ФС по умолчанию.
• Red Hat Enterprise Linux — ФС по умолчанию с версии 6.^[2]
  
• В PCLinuxOS 2010 — ФС по умолчанию.

• В Android^[3][4], начиная с версии 2.3.
• В Agilialinux — ФС по умолчанию.

См. также

• Список файловых систем
• Сравнение файловых систем
• ZFS
• Btrfs
• Reiser4

Примечания

1. ↑ Официальное объявление Эндрю Мортона о включении поддержки ext4  (англ.) (txt).
2. ↑ Release Notes for Red Hat Enterprise Linux 6 - File Systems  (англ.). Архивировано из первоисточника 3 июня 2012.
3. ↑ Ts'o, Theodore. Android will be using ext4 starting with Gingerbread, Thoughts by Ted (12 December 2010). Проверено 20 декабря 2010.
4. ↑ Android 2.3 Platform Highlights. Android Developers (6 December 2010). Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 7 декабря 2010.

Ссылки

Официальные ресурсы

• Ext4 (and Ext2/Ext3) Wiki  (англ.) (wiki). kernel.org. Архивировано из первоисточника 19 мая 2012. Проверено 29 мая 2010.
• Ext4 Development project  (англ.). bullopensource.org. — Страница проекта по разработке файловой системы ext4 (с 2009 года эта страница более не поддерживается). Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.

Материалы на русском языке

• ext4 (wiki). xgu.ru. — подробное описание преимуществ ext4 по сравнению с ext3. Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
• acheron «Интервью о состоянии поддержки ext4 в Fedora 9». linux.org.ru (12 марта 2008). — новость и обсуждение на ЛОР. Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
• apelsyn «ext4: Еще тестируется или уже работает?». habrahabr.ru (8 июня 2008). — небольшая заметка о переходе на ext4 на Habrahabr. Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
• Родерик Смит «IBM: Переход на ext4». IBM DeveloperWorks (20 ноября 2008). — Подготовка к новейшей файловой системе для Linux. Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
• Boten «Полноценный доступ ко всем Linux-файловым системам в Windows 2000/XP/Vista/7 с помощью coLinux». habrahabr.ru (22 сентября 2009). — заметка на Habrahabr о способе получения доступа к томам с ext4 в системах MS Windows. Архивировано из первоисточника 21 января 2012.

Материалы на английском языке

• KernelTrap (англ.)
  • Jeremy Andrews «ext4 2.6.25 Merge Plans» (22 января 2008). Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
  • Jeremy Andrews « Linux: ext4 Filesystem» (29 июня 2006). Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
• LWN.net
  • Jonathan Corbet «A better ext4» (23 января 2008). Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
  • Theodore Ts'o «ext4 merge plans for 2.6.25» (21 января 2008). Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
  • Jonathan Corbet «Time for ext4?» (12 июня 2006). Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
• Ext4: The Next Generation of Ext2/3
• Features/Ext4 (wiki). Fedora Project. Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
• Jonathan Corbet «Linux Weather Forecast/filesystems» (26 января 2009). — обзор множества новых файловых систем в Linux, в том числе ext4 и прогнозы что их ждёт.(недоступная ссылка — история) Проверено 29 мая 2010.
• Avantika Mathur, Mingming Cao, Andreas Dilger «ext4: the next generation of the ext3 file system». Originally published in «login: The USENIX Magazine», 32, #3 (Berkeley, CA: USENIX Association, 2007) (2007). — очень подробное объяснение каждой новой возможности ext4. Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.
• First benchmarks of the ext4 file system. linuxinsight.com (21 октября 2006). — Тестирование возможностей ext4. Архивировано из первоисточника 21 января 2012. Проверено 29 мая 2010.