本文將對Linux下常見的幾種檔案系統進行對比，包括ext2、ext3、ext4、XFS和Btrfs，希望能幫助大家更好的選擇合適的檔案系統。

內容來自於網上找的資料以及自己的一些經驗，能力有限，錯誤在所難免，僅供參考

歷史

從建立時間可以看出他們所處的不同時代，因為Btrfs的實現借鑑自ZFS，所以這裡也將ZFS列出來作為參考。

大小限制

最大檔案和分割槽大小受格式化分割槽時所採用的塊大小(block size)所影響，塊越大，所支援的最大檔案和分割槽越大，也越可能浪費磁碟空間，上表列出的資料基於4K的塊大小。

程式碼規模

從程式碼規模可以看出檔案系統的功能豐富程度以及複雜度，下面列出的資料來自於kernel-4.1-rc8，只是簡單的用wc -l來統計，沒有過濾空行、註釋等。

• Btrfs還在快速的開發過程中，程式碼行數可能還有比較大的變化
• XFS和Btrfs都使用了B-tree

ext2

ext的優點是比較簡單，檔案比較少時效能較好，比較適合檔案少的場景，主要缺點如下

• inode的數量是固定不變的，在格式化分割槽的時候可以指定inode和資料塊所佔空間的比例，但一旦格式化好，後續就沒法再改變了
• 當塊大小為4K時，單個檔案大小不能超過2TB，分割槽大小不能超過16TB(目前硬碟大小一般都只有幾TB，所以也不是什麼大問題，)
• 一個目錄下最多隻能有32000個子目錄
• 由於目錄裡面儲存的檔案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，尤其當目錄下檔案個數達到10K以上規模的時候，速度會明顯的變慢
• 當底層的磁碟分割槽空間變大時(使用LVM時很常見)，ext2沒法動態的擴充套件來使用增加的空間
• 沒有日誌(Journal)功能，所以資料的安全性不高

ext3

ext3在ext2的基礎上實現了下面幾個功能，其它的都保持不變，即ext2的缺點ext3也有

• 支援日誌(Journal)功能，資料的安全性較ext2有很大的提高
• 當底層的分割槽空間變大時，ext3可以自動擴充套件來使用增加的空間
• 使用HTree來組織目錄裡面的檔案和子目錄，使目錄下的檔案和子目錄數不再受效能限制(數量超過10K也不會有效能問題)

ext4

ext4借鑑了當前成熟的一些檔案系統技術，在ext3上增加了一些功能，並且對效能做了一些改進，主要變化如下

• 當塊大小為4K時，支援的最大檔案和最大分割槽大小分別達到了16TB和1EB
• 不再受32000個子目錄數的限制，支援不限數量的子目錄個數
• 支援Extents，提高了大檔案的操作效能
• 內部實現上支援一次分配多個數據塊，較ext3的效能有所提高
• 支援延時分配(即支援fallocate函式)(fallocate是libc的函式，在不支援該功能的檔案系統上，libc會建立一個佔用磁碟空間檔案)
• 支援線上快速掃描
• 支援線上碎片整理(單個檔案或者整個分割槽)
• 日誌(Journal)支援校驗碼(checksum)，資料的安全性進一步提高
• 支援無日誌(No Journaling)模式(ext3不支援該功能)，這樣就和ext2一樣，消除了寫日誌對效能的影響
• 支援納秒級的時間戳
• 記錄了檔案的建立時間，由於相關的應用層工具還不支援，所以只能通過debug的方式看到檔案的建立時間

這裡是一個檢視檔案/etc/fstab建立時間的例子(檔案存在/dev/sda1分割槽上)：

1. [email protected]:~$ ls -i /etc/fstab 
2. 10747906 /etc/fstab 
3. [email protected]:~$ sudo debugfs -R 'stat <10747906>' /dev/sda1 
4. Inode: 10747906   Type: regular    Mode:  0644   Flags: 0x80000 
5. Links: 1   Blockcount: 8 
6. ctime: 0x5546dc54:6e6bc80c -- Sun May  3 22:41:24 2015 
7.  atime: 0x55d1b014:8bcf7b44 -- Mon Aug 17 05:57:40 2015 
8.  mtime: 0x5546dc54:6e6bc80c -- Sun May  3 22:41:24 2015 
9. crtime: 0x5546dc54:6e6bc80c -- Sun May  3 22:41:24 2015 
10. Size of extra inode fields: 28 
11. EXTENTS: (0):46712815  

Extents： 在最開始的ext2檔案系統中，資料塊都是一個一個單獨管理的，inode中存有指向資料塊的指標，檔案佔用了多少個數據塊，inode裡面就有多少個指標(多級)，想象一下一個1G的檔案，4K的塊大小，那麼需要(1024 * 1024)/4=262144個數據塊，即需要262144個指標，建立檔案的時候需要初始化這些指標，刪除檔案的時候需要回收這些指標，影響效能。現代的檔案系統都支援Extents的功能，簡單點說，Extent就是資料塊的集合，以前一次分配一個數據塊，現在可以一次分配一個Extent，裡面包含很多資料塊，同時inode裡面只需要分配指向Extent的指標就可以了，從而大大減少了指標的數量和層級，提高了大檔案操作的效能。

inode數量固定： 在ext2/3/4系列的檔案系統中，inode的數量都是固定的，壞處是如果存很多小檔案的話，有可能造成inode被用光，但磁碟還有很多剩餘空間無法被使用的情況，不過它也有一個好處，就是一旦磁碟損壞，恢復起來要相對簡單些，因為資料在磁碟上佈局相對要固定簡單。

xfs

和ext4相比，xfs不支援下面這些功能

• 不支援日誌(Journal)校驗碼
• 不支援無日誌(No Journaling)模式
• 不支援檔案建立時間
• 不支援資料日誌(data journal)，只有元資料日誌(metadata journal)

但xfs有下面這些特性

• 支援的最大檔案和分割槽都達到了8EB
• inode動態分配，從而不受inode數量的限制，再也不用擔心儲存大量小檔案導致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的長度不能超過一個塊(一般是4K)，而xfs可以達到64K
• 內部採用Allocation groups機制，各個group之間沒有依賴，支援併發操作，在多核環境的某些場景下效能表現不錯
• 提供了原生的dump和restore工具，並且支援線上dump

btrfs

btrfs是一個和ZFS類似的檔案系統，支援的功能非常多，據說將來會替換ext4成為Linux下的預設檔案系統。這裡列舉一些重要的功能

• 支援的最大檔案和分割槽達到了16EB
• 支援COW(copy on write)
• 針對小檔案和SSD做了優化
• inode動態分配
• 支援子分割槽(Subvolumes)，子分割槽可以單獨掛載
• 支援元資料和資料的校驗(crc32)
• 支援壓縮，去重
• 支援多個磁碟和分割槽，可動態擴充套件
• 支援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
• 支援快照
• 將ext2/3/4轉換成btrfs(反過來不行)

btrfs最大的缺點就是由於其COW的實現方式，導致碎片化問題比較嚴重，不太適合頻繁寫的場景，比如資料庫、虛擬機器的磁碟檔案等。不過大部分場合不需要擔心，btrfs有線上的碎片整理工具。

如何選擇

下表僅供參考

另外，ext系列檔案系統內部結構相對簡單一些，出問題後恢復相對容易。

結束語

本篇沒有比較它們的效能，在通常情況下，他們之間沒有太大的效能差別，只有在特定的場景下，才能看出區別，如果對效能比較敏感，建議根據自己的使用場景來測試不同的檔案系統，然後根據結果來選擇。