Linux 文件系统

作为 Windows 或 macOS 系统用户，人们一般不会去考虑他们的磁盘使用了什么文件系统，因为微软和苹果已经帮他们选定了 NTFS 和 APFS。而对于 Linux 用户，受益于自由开源软件，文件系统选择非常多，从常见的 Ext 4 文件系统到先进的 Btrfs 文件系统，以及专门为闪存设计的 F2FS 文件系统。在了解各个文件系统特性的基础上，大家可以根据自己的需求和使用场景来选择。

Linux操作系统对各种文件系统的支持是通过名为VFS的组件实现的，也就是虚拟文件系统（Virtual File System）。如下图所示，VFS作为一个抽象层，为用户提供统一的接口，屏蔽了其它具体文件系统（例如Ext4和Btrfs等）的实现。VFS为用户提供了open、close、read和write等接口。

本文介绍了常见的 Linux 文件系统和它们的优缺点，以及使用场合。

Ext

Ext 是最为流行的 Linux 文件系统，最新版本 Ext 4 已非常稳定，是过去几年中大多数 Linux 发行版的默认选择。从 Android 2.3 版开始，Ext 4 取代之前的 YAFFS 成为默认文件系统。由于使用广泛，加上 Google 等大公司背书，Ext 4 被认为是成熟稳定的文件系统，适合大多数使用场合，包括 Linux 桌面用户。

作为 Ext 3 文件系统的升级版本，Ext 4 速度和容量都有很大提升，并且 fsck 所需时间大大减少。容量方面，Ext 4 支持最大分区 1EB、最大文件 16TB、最大文件数量 40 亿。作为日志文件系统，Ext 4 文件系统对文件在磁盘中的位置以及磁盘的任何更改做记录，并使用校验和来提高文件系统的可靠性。不过，Ext 4 不支持透明压缩、透明加密、快照等高级功能。

Ext 文件系统的核心开发者 Theodore Ts'o 是一位华裔，目前在 Google 工作，他也是 Linux 内核和 Debian 系统资深开发者。

XFS

XFS 是一种高性能日志文件系统，由 SGI 设计开发，是业界最先进的、最具扩展性的文件系统之一，是目前 CentOS 的默认文件格式。XFS 擅长处理大文件，在大型文件系统上提供非常高的吞吐量和平滑的数据传输，适合拥有海量数据的用户，在企业应用、大数据领域有着广泛应用。

XFS 文件及目录索引采用 B+ 树结构，查询与分配存储空间非常快，性能不受目录及文件数量的限制。XFS 文件系统能连续提供快速的反应时间，以接近裸设备 I/O 的性能存储数据，在大多数场景下整体 IOPS 表现要比 Ext 4 来得更高、更稳定，延迟也更小，在高 I/O 压力下尤其明显。XFS 因其基于分配组 (allocation group) 的设计而特别擅长并行 IO，当该文件系统跨越多个存储设备时，这种设计使得 IO 线程数、文件系统带宽、文件和文件系统大小都具有极大的可伸缩性。

XFS 最大支持 8EB 单个文件。XFS 格式化和挂载非常快，并提供了在线碎片整理功能。XFS 文件系统也有一些不足，例如它不能直接压缩，不支持透明压缩，缺少校验保护等。

ReiserFS

ReiserFS 文件系统曾是 Linux 操作系统上设计最先进、性能最好的文件系统。ReiserFS 作为 SuSE Linux Enterprise 的默认文件系统，曾受到 Novell 公司的力推。

ReiserFS 文件系统使用 B* 树存储文件，查找定位文件非常快，用来处理大量小文件非常有优势，一些场合比 Ext 4 快上数倍。 表现在个人桌面系统，使用 ReiserFS 文件系统能达到更快的开机速度，载入文档、图片也更加快捷。

ReiserFS 的作者 Hans Reiser 是俄裔美国人，他领导的 Namesys 公司致力于开发和维护 ReiserFS 文件系统。本来 ReiserFS 是 Linux 平台最有前途的文件系统，不过 2006 年 Hans Reiser 由于杀妻案入狱，ReiserFS 的开发陷入停滞，错过了最好的发展机会。不过，一小部分开发者仍在进行 ReiserFS 后续版本的开发，Reiser 4 经过全新设计，具备了很多领先的文件系统特性，不过目前还未进入 Linux 内核。

Btrfs

Btrfs 是一种支持写入时复制（COW）的文件系统， 与 ZFS 非常类似，被认为是 Linux 未来最有希望的文件系统，将替代目前广泛使用的 Ext 4 文件系统。Btrfs 也宣称专注于「容错、修复及易于管理」。

Oracle 于 2007 年对外宣布这项计划，并发布源代码，2014 年 8 月发布稳定版。目标是取代 Linux 当时主流的 Ext 3 文件系统，摆脱 Ext 3 的一些限制，特別是单文件大小，文件系统总大小和文件校验，并加入 Ext3 不支持的一些功能，比如可写快照（writable snapshots）、快照的快照（snapshots of snapshots）、内建磁盘阵列（RAID），以及子卷（subvolumes）。

Btrfs 是少数专门对 SSD 进行优化的文件系统，Btrfs 用户可以使用 mount 参数打开对 SSD 的特殊优化处理。Btrfs 的 COW 技术从根本上避免了对同一个物理单元的反复写操作，如果用户打开了 SSD 优化选项，Btrfs 将在底层的块空间分配策略上进行优化：将多次磁盘空间分配请求聚合成一个大小为 2M 的连续的块。大块连续地址的 IO 能够让固化在 SSD 内部的微代码更好的进行读写优化，从而提高 IO 性能。

另外还有专门为 NAND 闪存设计的 F2FS、YAFFS 等文件系统，源自 Solaris 号称终极文件系统的 ZFS（ZFS On Linux）等。