ext4

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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 Связный список, B-дерево[1]
Размещение файлов Битовая карта/экстенты
Сбойные сектора Table
Ограничения
Максимальный размер файла 16 тебибайт (размер кластера 4 кибибайта)
Максимум файлов 4 миллиарда (задаётся во время создания ФС)
Максимальная длина имени файла 255 байт
Максимальный размер тома 1 эксбибайт (ранее был ограничен до 16 тебибайт из-за ограничений e2fsprogs версии < 1.43, в старших версиях проблема решена)
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 (IFS)

ext4 (англ. fourth extended file system, ext4fs) — журналируемая файловая система, используемая преимущественно в операционных системах с ядром Linux, созданная на базе ext3 в 2006 году.

Основные изменения в ext4 по сравнению с ext3:

  • увеличен максимальный объём одного раздела диска до 1 эксбибайта (260 байт) при размере блока 4 кибибайт;
  • увеличен размера одного файла до 16 тебибайт (244 байт);
  • введён механизм протяжённой (extent) записи файлов, уменьшающий фрагментацию и повышающий производительность (новая информация добавляется в конец области диска, выделенной заранее по соседству с областью, занятой файлом);
  • поднято ограничение на число вложенных каталогов с 32 000 подкаталогов до 65 535 (при этом в некоторых случаях требуется изменить константы ядра).

История[править | править код]

Первая экспериментальная реализация выпущена Эндрю Мортоном 10 октября 2006 года в виде патча к ядрам Linux версий 2.6.19[2].

Особенности[править | править код]

В сравнении с ext3 в ext4 увеличено адресное пространство и ускорена работа с данными.

Система адресации[править | править код]

Система адресации основана на экстентах (англ. extent). В ext3 адресация данных выполнялась традиционным образом — поблочно, в связи с чем система сталкивалась с существенными ограничениями с ростом размера файлов. Экстенты позволяют адресовать большое количество (до 128 MB) последовательно идущих блоков одним дескриптором; до четырёх указателей на экстенты может размещаться непосредственно в inode, этого достаточно для файлов малого и среднего размера.

Применены 48-битные номера блоков, при размере блока 4 KB это позволяет адресовать до одного эксбибайта (248·(4 KB) = 248·(22)·(210) B = 260 B = 1 EB).

Блоки и фрагментация[править | править код]

Выделение блоков группами (multiblock allocation) позволяет снизить уровень фрагментации файловой системы: система хранит информацию не только о местоположении свободных блоков, но и о количестве свободных блоков, расположенных друг за другом, таким образом, при выделении места система находит такой фрагмент, в который данные можно записать без фрагментации.

Поддерживается дефрагментация без размонтирования (online defragmentation) — утилитой e4defrag, поставляемой в составе пакета e2fsprogs с 2011 года[3].

Групповая запись блоков[править | править код]

Отложенное выделение блоков (delayed allocation) обеспечивает непосредственную запись на блочное устройство только при необходимости (например, при вызовах sync(), но не при каждом вызове write()), что позволяет записывать блоки не по одному, а группами, что в свою очередь минимизирует фрагментацию и ускоряет процесс выделения блоков. С другой стороны, увеличивается риск потери данных в случае внезапного пропадания питания.

Изменения в inode[править | править код]

Резервирование несколько inode при создании каталога (англ. directory inodes reservation) позволяет сначала использовать зарезервированные inode, и только если таковых не осталось, выполняется обычная процедура выделения inode. Размер inode по умолчанию увеличен с 128 (ext3) до 256 байтов, что позволило реализовать временные метки с наносекундной точностью (англ. nanosecond timestamps) и расширить их диапазон (в ext3 предельная дата — 18 января 2038 года, а у ext4 — 25 апреля 2514 года), добавить поле версии inode и поддержать расширенные атрибуты inode. Номер версии inode может увеличиваться при каждом её изменении, в частности, если файловая система смонтирована с опцией iversion[К. 1]: это используется демонами сетевой файловой системы NFS версии 4 (NFSv4) для отслеживания изменений файлов.

Хранение расширенных атрибутов в структуре inode (англ. extended attributes (EA) in inode), таких как списки контроля доступа (ACL), атрибуты SELinux и другие, позволяет повысисть производительность за счёт исключения операций поиска атрибутов в другом месте. Атрибуты, для которых недостаточно места в структуре inode, хранятся в отдельном блоке размером 4 KB.

Журналирование и другие особенности[править | править код]

Для записей журнала реализовано вычисление контрольных сумм (англ. journal checksumming), что позволяет быстрее находить и в некоторых случаях исправлять ошибки системы после сбоя.

Предварительное выделение (persistent preallocation), в отличие от ext2 и ext3 (где программам приходилось записывать в файл нулевые байты), реализовано как отдельный системный вызов fallocate(), который выделяет для файла блоки и устанавливает для них флаг «заполнены нулевыми байтами». При чтении из файла программа получит нулевые байты (так же, как при чтении разрежённого файла). При записи в файл флаг «заполнены нулевыми байтами» будет снят. В отличие разрежённых файлов запись в такой файл никогда не прервётся из-за нехватки свободного места.

Поддержка в операционных системах[править | править код]

Ext4 поддерживается в ядре Linux начиная с версии 2.6.20. Существуют программы и драйверы для работы с ext4 в Windows: Ext2read (в режиме только для чтения), Ext2Fsd, Paragon ExtFS for Windows.

Во многих дистрибутивах Linux ext4 используется как файловая система по умолчанию:

  • Ubuntu: с 9.04 доступна для выбора по желанию пользователя, начиная с 9.10 — по умолчанию;
  • Debian: с 6.0: доступна для выбора, начиная с 7.0 — используется по умолчанию;
  • Fedora : начиная с 9 доступна для выбора, с 11 по 32 — по умолчанию.
  • OpenSUSE: начиная с 11.2 используется по умолчанию;
  • Mandriva Linux: от версии 2010 применяется по умолчанию;
  • Red Hat Enterprise Linux: начиная с версии 6 — по умолчанию[4];
  • PCLinuxOS: начиная с версии 2010 используется по умолчанию.

Файловая система ext4 доступна для Android начиная с версии 2.3[5][6].

Комментарии[править | править код]

  1. mount -t ext4 /dev/sda2 /mnt/ -o rw,iversion

Примечания[править | править код]

  1. Hashed B-tree. Дата обращения: 20 марта 2010. Архивировано 18 июля 2019 года.
  2. Официальное объявление Эндрю Мортона о включении поддержки ext4 (англ.) (txt(недоступная ссылка). Архивировано 7 августа 2008 года.
  3. Include ext4 defragmenting tool. Дата обращения: 26 августа 2014. Архивировано 27 августа 2014 года.
  4. 3.1. Fourth Extended Filesystem (ext4) Support // 6.0 Release Notes : Release Notes for Red Hat Enterprise Linux 6 : [англ.] : [арх. 3 июня 2012]. — Red Hat, 2010.
  5. Ts'o, Theodore. Android will be using ext4 starting with Gingerbread, Thoughts by Ted (12 декабря 2010). Архивировано 15 декабря 2010 года. Дата обращения 20 декабря 2010.
  6. Android 2.3 Platform Highlights (англ.) (недоступная ссылка). Android Developers (6 декабря 2010). Дата обращения: 7 декабря 2010. Архивировано 21 января 2012 года.

Ссылки[править | править код]

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