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Linux 文件系统

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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。

虚拟文件系统

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。

ext文件系统

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文件系统

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

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」。

btrfs文件系统

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。

zfs文件系统

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