性能

衡量一個新文件系統的最重要指標就是它的根本性能。這常常是最難實現的指標，因為當文件系統變得龐大并且要求實現高可靠性時，將會以損害性能為代價。但是，ext4 不僅解決了伸縮性和可靠性，它還提供各種改善性能的方法。

文件級預分配

某些應用程序，比如數據庫或內容流，要求將文件存儲在相鄰的塊上(利用相鄰塊的讀優化和最大化讀的命令-塊比率)。盡管區段能夠將相鄰塊劃分為片段，但另一種更強大的方法是按照所需的大小預分配比較大的相鄰塊(XFS 以前就是采用這種方法)。ext4 通過一個新的系統調用來實現這個目的，這個調用將按照特定的大小預分配并初始化文件。然后，您就可以寫入必要的數據，并為數據提供不錯的讀性能。

延遲塊分配

另一個基于文件大小的優化是延遲分配。這種性能優化延遲磁盤上的物理塊的分配，直到塊被刷入到磁盤時才進行分配。這種優化的關鍵是延遲物理塊的分配，直到需要在磁盤上寫這些物理塊時才對其進行分配并寫到相鄰的塊。這類似于持久化預分配，惟一的區別是文件系統會自動執行這項任務。不過如果預先知道文件的大小時，持久化預分配是更好的選擇。

多個塊分配

這是最后一個與相鄰塊相關的優化，即針對 ext4 的塊分配器。在 ext3 中，塊分配器的工作方式是每次分配一個塊。當需要分配多個塊時，非相鄰塊中可能存在相鄰的數據。ext4 使用塊分配器修復了這個問題，它能夠在磁盤上一次分配多個塊。與前面其他優化一樣，這個優化在磁盤上收集相關的數據，以實現相鄰讀優化。

多個塊分配的另一個方面是分配塊時需要的處理量。記住，ext3 一次只分配一個塊。在最簡單的情況下，每個塊的分配都要有一個調用。如果一次分配多個塊，對塊分配器的調用就會大大減少，從而加快分配并減少處理量。

可靠性

ext4 文件系統可能會擴展得比較大，這將導致可靠性問題。但 ext4 通過許多自主保護和自主修復機制來解決這個問題。

執行文件系統日志校驗和

和 ext3 一樣，ext4 也是一個日志文件系統。日志記錄 就是通過日記(磁盤上相鄰區域的專門循環記錄)記錄文件系統的變更的過程。因此，根據日志對物理存儲執行實際變更更加可靠，并且能夠確保一致性，即使在操作期間出現系統崩潰或電源中斷。這樣做可以減少文件系統損壞的幾率。

但是即使進行日志記錄，如果日志出現錯誤仍然會導致文件系統損壞。為了解決這個問題，ext4 對日志執行校驗和，確保有效變更能夠在底層文件系統上正確完成。在 參考資料 小節可以找到其他關于日志記錄(ext4 的重要部分)的資料。

ext4 支持根據用戶需求采用多種模式的日志記錄。例如，ext4 支持 Writeback 模式，它僅記錄元數據；或 Ordered 模式，它記錄元數據，但寫為元數據的數據是從日志中寫入的；或 Journal 模式(最可靠的模式)，它同時記錄元數據和數據。注意，雖然 Journal 模式是確保文件系統一致的最佳選擇，但它也是最慢的，因為所有數據都要經過日志。

在線磁盤碎片整理

盡管 ext4 添加一些特性來減少文件系統的碎片(比如將相鄰塊分配為區段)，但隨著系統使用時間的增加，碎片是難以完全避免的。因此出現了在線碎片整理工具，它們可以對文件系統和單個文件執行碎片整理，從而改善性能。在線碎片整理程序是一個簡單的工具，它將文件復制到引用相鄰區段的新 ext4 inode。

在線碎片整理還可以減少檢查文件系統所需的時間(fsck)。ext4 將未使用的塊組標記到 inode 表中，并讓 fsck 進程忽略它們以加快檢查速度。當操作系統因內部損壞(隨著文件系統變大，這是不可避免的)而檢查文件系統時，ext4 的設計方式將能夠提高總體可靠性。

結束語

針對 Linux 的擴展文件系統有著漫長而豐富的歷史 — 從 1992 年首次引入 ext1 到 2008 年引入 ext4。ext4 是首個專門為 Linux 設計的文件系統，并且事實證明它是高效、穩定、強大的文件系統。ext4 隨著文件系統研究的深入而不斷發展，并且借鑒其他新文件系統的先進思想(比如 XFS、JFS、Reiser 和 IRON 容錯文件系統技術)。盡管目前預測 ext5 將會是什么樣子還為時過早，但有一點是很明確的，它將主導企業級 Liunx 系統。

總結

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