ext4

ext4
Hersteller	Mingming Cao, Dave Kleikamp, Alex Tomas, Theodore Ts'o, andere
Vollständige Bezeichnung	Fourth extended filesystem
Erstveröffentlichung	14. Oktober 2008 (Testversion seit: Linux 2.6.19,Final: Linux 2.6.28)
Partitionskennung	0x83 (MBR) EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7 (GPT)
Technische Umsetzung
Verzeichnisse	Tabelle, H-Baum
Dateien	bitmap (free space), Tabelle (metadata)
Defektblockliste	Table
Maximalwerte
Größe einer Datei	Größe des Dateisystems
Anzahl Unterverzeichnisse pro Verzeichnis	unbegrenzt
Länge des Dateinamens	256 Bytes
Größe des Dateisystems	1 EiB = 1024 PiB (>16 TiB ab e2fsprogs Version 1.42)
Erlaubte Zeichen im Dateinamen	Alle Bytes außer NULL und '/'
Eigenschaften
Datumsangaben einer Datei	modification (mtime), attribute modification (ctime), access (atime), create (crtime)
Datumsbereich	14.12.1901 bis 25.04.2514
Forks	Ja
Dateiattribute	extents, data=journal, data=ordered, data=writeback, commit=nrsec, orlov, oldalloc, user_xattr, nouser_xattr, acl, noacl, bsddf, minixdf, bh, nobh
Dateirechte-Verwaltung	POSIX
Transparente Komprimierung	nein
Transparente Verschlüsselung	nein
Unterstützende Betriebssysteme	Linux

Das ext4 (fourth extended filesystem) ist ein Journaling-Dateisystem, das für den Linux-Kernel als Nachfolger von ext3 entwickelt wird. Es wurde am 10. Oktober 2006 von Andrew Morton vorgestellt. Seit der Version 2.6.19 war eine vorläufige Testversion offizieller Bestandteil des Linux-Kernels. Mit dem Erscheinen von Linux 2.6.28 am 24. Dezember 2008 verließ ext4 das Hauptentwicklungsstadium.

Technische Eigenschaften

ext4 benutzt 48 bit große Blocknummern (ext3 hatte 32 bit) und unterstützt so Partitionen oder Volumes, die bis zu 1 EiB groß sind (Volumes größer als 16 TiB erst ab e2fsprogs Version 1.42 vom 29. November 2011), im Gegensatz zu ext3, das nur 32 TiB zulässt (abhängig von der Größe einer Speicherseite in der jeweiligen Maschinenarchitektur, bei IA-32 zum Beispiel sind nur maximal 2³² · 4 KiB = 16 TiB möglich). Auch kann die Adressierung von Dateien über Extents erfolgen, wobei Speichereinheiten zu einem zusammenhängenden Block zusammengefasst werden. Dies führt zu einer Reduzierung des Zusatzaufwands (RAM, E/A-Zugriffe und Transaktionen) und kann die Leistung im Betrieb steigern.

Seit Veröffentlichung im Kernel 2.6.19 sind folgende Verbesserungen implementiert worden:

• ab Kernel 2.6.23: mehr als 32.000 Unterverzeichnisse,
• ab Kernel 2.6.25: maximale Dateigröße so groß wie das gesamte Dateisystem
• ab Kernel 2.6.28: ext4 gilt als stabil
• ab Kernel 2.6.33: TRIM-Unterstützung

Als weitere Verbesserungen gegenüber ext3/ext2 sind unter anderem noch in Planung oder bereits implementiert:

Extents

Die wichtigste Neuerung in ext4. Andere Dateisysteme wie z. B: JFS oder XFS bieten dieses Feature schon lange. Es bringt Geschwindigkeitsvorteile bei der Verwaltung großer Dateien und beugt der Fragmentierung vor.

Featurespezifische mount-Optionen: extents Ist nicht in den man-pages gelistet, da per default genutzt, wenn entsprechende ext4-Partition damit eingerichtet wurde oder eine bestehende ext3-Partition zu einer ext4-Partition mit tune2fs -O extents,... konvertiert wurde.

Verbesserte Zeitstempel

ext4 bietet Zeitstempel auf Nanosekunden-Basis. Des Weiteren Unterstützung für Datei-Erzeugt-Datumsstempel.

Online-Defragmentierung

Defragmentierung, während die Partition eingehängt ist. Feature derzeit noch nicht fertig gestellt.

Journal mit Prüfsummenunterstützung

Dieses Feature ist abwärtskompatibel zu älteren Kernelversionen und wird von diesen ignoriert.

Featurespezifische mount-Optionen: journal_checksum

Mehrfache Preallokation von Dateiblöcken und Inodes

Resultiert in besserer Schreibperformance.

Featurespezifische mount-Optionen: nomballoc, mballoc (beide nicht in man-pages gelistet), oldalloc, orlov (default)

Zeitverzögerte Allokation von Dateiblöcken und Inodes.

Derzeit nur im „data=writeback“-Journaling-Modus, spätere Versionen sollen auch den „data=ordered“-Modus unterstützen. Resultiert in weniger CPU-Last und weniger Fragmentierung.

Featurespezifische mount-Optionen: nodelalloc, delalloc

TRIM-Unterstützung

Seit Kernel 2.6.33 kann über die Mountoption discard/nodiscard festgelegt werden, ob ext4 das Freiwerden von Speicherbereichen per TRIM-Kommando an das gemountete Gerät meldet; unterstützt wird dies von SSDs und dem Device Mapper (bei thin provisioning).

Bei bestehenden ext3-Partitionen können einige der ext4-Features ohne Neuformatierung aktiviert werden. ext2- und ext3-Partitionen können eingehängt werden, als wären sie ext4-Partitionen. Daraus ergeben sich durch Optimierung im ext4-Treiber bereits kleine Performancegewinne.

Nachteile

Die Blockgröße kann bei ext4 nicht weniger als 512 Bytes betragen. Das schränkt seine Verwendung bei Speicherknappheit und vielen kleinen Dateien ein.

Zeitverzögerte Allokation von Dateiblöcken und Inodes erhöht das Risiko von Datenverlust bei Abstürzen oder Stromausfall. In Kernel Version 2.6.30 wurde dieses Problem gegenüber früheren Versionen entschärft.

Weblinks

• The Performance Of EXT4 Then & Now (englisch)
• File-System Benchmarks With The Linux 2.6.34 Kernel (englisch) (Performance-Vergleich zu anderen Dateisystemen)
• pro-linux: Das Dateisystem ext4 - Eigenschaften und Benchmarks
• https://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux.git;a=blob_plain;f=Documentation/filesystems/ext4.txt;hb=HEAD Dokumentation] (englisch)
• Fortlaufende Performancevergleiche, insbesondere zu ext3 (englisch) (nicht aktualisiert seit 2009, hier aktueller)
• Ext4 im Kernel-Newbies-Wiki (englisch)
• heise open: Das Linux-Dateisystem Ext4