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FW: Ext2 v.s. Ext3 v.s. Ext4 性能比拼
http://hutuworm.blogspot.com/2009/02...3-vs-ext4.html

Linux kernel 自 2.6.28 開始正式支持新的文件系統 Ext4。 Ext4 是 Ext3 的改進版,修改了 Ext3 中部分重要的數據結構,而不僅僅像 Ext3 對 Ext2 那樣,只是增加了一個日誌功能而已。Ext4 可以提供更佳的性能和可靠性,還有更為豐富的功能:

1. 與 Ext3 兼容。執行若干條命令,就能從 Ext3 在線遷移到 Ext4,而無須重新格式化磁盤或重新安裝系統。原有 Ext3 數據結構照樣保留,Ext4 作用於新數據,當然,整個文件系統因此也就獲得了 Ext4 所支持的更大容量。

2. 更大的文件系統和更大的文件。較之 Ext3 目前所支持的最大 16TB 文件系統和最大 2TB 文件,Ext4 分別支持 1EB(1,048,576TB, 1EB=1024PB, 1PB=1024TB)的文件系統,以及 16TB 的文件。

3. 無限數量的子目錄。Ext3 目前只支持 32,000 個子目錄,而 Ext4 支持無限數量的子目錄。

4. Extents。Ext3 採用間接塊映射,當操作大文件時,效率極其低下。比如一個 100MB 大小的文件,在 Ext3 中要建立 25,600 個數據塊(每個數據塊大小為 4KB)的映射表。而 Ext4 引入了現代文件系統中流行的 extents 概念,每個 extent 為一組連續的數據塊,上述文件則表示為「該文件數據保存在接下來的 25,600 個數據塊中」,提高了不少效率。

5. 多塊分配。當 寫入數據到 Ext3 文件系統中時,Ext3 的數據塊分配器每次只能分配一個 4KB 的塊,寫一個 100MB 文件就要調用 25,600 次數據塊分配器,而 Ext4 的多塊分配器「multiblock allocator」(mballoc) 支持一次調用分配多個數據塊。

6. 延遲分配。Ext3 的數據塊分配策略是盡快分配,而 Ext4 和其它現代文件操作系統的策略是儘可能地延遲分配,直到文件在 cache 中寫完才開始分配數據塊並寫入磁盤,這樣就能優化整個文件的數據塊分配,與前兩種特性搭配起來可以顯著提升性能。

7. 快速 fsck。以前執行 fsck 第一步就會很慢,因為它要檢查所有的 inode,現在 Ext4 給每個組的 inode 表中都添加了一份未使用 inode 的列表,今後 fsck Ext4 文件系統就可以跳過它們而只去檢查那些在用的 inode 了。

8. 日誌校驗。日誌是最常用的部分,也極易導致磁盤硬件故障,而從損壞的日誌中恢複數據會導致更多的數據損壞。Ext4 的日誌校驗功能可以很方便地判斷日誌數據是否損壞,而且它將 Ext3 的兩階段日誌機制合併成一個階段,在增加安全性的同時提高了性能。

9. 「無日誌」(No Journaling)模式。日誌總歸有一些開銷,Ext4 允許關閉日誌,以便某些有特殊需求的用戶可以借此提升性能。

10. 在線碎片整理。儘管延遲分配、多塊分配和 extents 能有效減少文件系統碎片,但碎片還是不可避免會產生。Ext4 支持在線碎片整理,並將提供 e4defrag 工具進行個別文件或整個文件系統的碎片整理。

11. inode 相關特性。Ext4 支持更大的 inode,較之 Ext3 默認的 inode 大小 128 字節,Ext4 為了在 inode 中容納更多的擴展屬性(如納秒時間戳或 inode 版本),默認 inode 大小為 256 字節。Ext4 還支持快速擴展屬性(fast extended attributes)和 inode 保留(inodes reservation)。

12. 持久預分配(Persistent preallocation)。P2P 軟件為了保證下載文件有足夠的空間存放,常常會預先創建一個與所下載文件大小相同的空文件,以免未來的數小時或數天之內磁盤空間不足導致下載失敗。 Ext4 在文件系統層面實現了持久預分配並提供相應的 API(libc 中的 posix_fallocate()),比應用軟件自己實現更有效率。

13. 默認啟用 barrier。磁 盤上配有內部緩存,以便重新調整批量數據的寫操作順序,優化寫入性能,因此文件系統必須在日誌數據寫入磁盤之後才能寫 commit 記錄,若 commit 記錄寫入在先,而日誌有可能損壞,那麼就會影響數據完整性。Ext4 默認啟用 barrier,只有當 barrier 之前的數據全部寫入磁盤,才能寫 barrier 之後的數據。(可通過 "mount -o barrier=0" 命令禁用該特性。)


Ext4 隨 Linux kernel 2.6.28 正式發佈已有數週,一直苦於找不到測試用的磁盤,正巧年前 Intel 送來幾塊 SSD 測試樣品,這兩天就順帶把 SSD 也測了。測試所使用的 Linux 內核版本為 2.6.28.2,測試工具為 IOzone 3.318。

IOzone 測試命令為:
time /opt/iozone/bin/iozone -a -s 4G -q 256 -y 4 >|/root/ext4-iozone-stdout.txt
上述命令的說明如下:
Auto Mode
File size set to 4194304 KB
Using Maximum Record Size 256 KB
Using Minimum Record Size 4 KB
Command line used: /opt/iozone/bin/iozone -a -s 4G -q 256 -y 4
Output is in Kbytes/sec
Time Resolution = 0.000001 seconds.
Processor cache size set to 1024 Kbytes.
Processor cache line size set to 32 bytes.
File stride size set to 17 * record size.
測試結果除了表明 Intel SSD 的讀寫速度快得令人咋舌之外,還可以說明 Ext4 的各方面性能都超過了上一代 Ext3,甚至在大多數情況下,比沒有日誌功能的 Ext2 還要快出不少:


reclen write rewrite read reread random read random write bkwd read record rewrite stride read fwrite frewrite fread freread Ext2

real 28m12.718s
user 0m10.725s
sys 5m8.265s 4 218,680 216,596 630,248 245,802 88,700 138,065 106,112 1,882,623 73,538 214,175 218,364 566,570 247,381 8 215,308 218,690 556,064 246,260 154,680 150,052 188,397 2,462,367 130,896 217,157 216,647 583,808 248,397 16 216,457 216,843 575,046 245,701 258,660 158,750 306,842 2,654,320 220,939 216,061 218,140 598,174 246,581 32 217,925 214,289 537,976 243,081 394,013 167,002 464,240 2,397,831 340,775 217,434 219,353 583,463 246,341 64 215,460 219,256 527,919 244,362 503,227 162,917 609,546 2,546,079 456,243 216,875 217,692 571,707 244,264 128 219,081 216,173 540,831 242,526 609,750 161,442 721,701 2,656,729 551,122 217,780 217,427 579,271 242,291 256 216,091 217,631 565,111 245,157 654,274 173,955 870,547 2,574,261 634,835 216,638 219,693 563,735 247,101 Ext3

real 27m42.449s
user 0m11.529s
sys 7m17.049s 4 218,242 213,039 482,132 243,986 88,007 156,926 105,557 1,540,739 75,010 216,028 216,432 522,704 243,385 8 218,390 217,915 544,892 244,979 152,424 190,454 181,486 1,945,603 130,737 218,364 216,431 530,853 243,222 16 218,083 217,683 561,038 244,506 255,244 200,032 300,212 2,096,495 221,329 216,930 216,661 514,177 244,069 32 216,258 217,013 569,246 243,811 389,745 198,275 446,462 1,934,853 338,785 216,809 219,296 530,634 243,446 64 218,850 217,711 577,529 243,725 497,689 201,693 589,535 2,036,412 450,449 219,387 214,900 514,353 244,809 128 220,234 215,687 530,519 241,615 608,244 199,619 714,295 1,992,168 553,022 217,828 218,454 513,596 241,510 256 216,011 220,188 592,578 242,548 642,341 199,408 834,240 2,092,959 624,043 217,682 218,165 529,358 242,878 Ext4

real 27m3.485s
user 0m10.847s
sys 6m9.578s 4 221,823 216,992 532,488 273,668 85,210 183,195 103,036 1,862,817 74,781 225,841 220,620 523,799 272,848 8 226,028 218,580 561,960 272,036 154,972 216,505 178,482 2,135,372 132,506 227,423 215,766 641,021 271,328 16 222,241 217,746 547,548 270,895 260,899 223,895 295,288 2,095,966 223,135 226,055 216,210 621,287 273,475 32 220,121 213,025 240,426 247,628 345,210 175,977 451,631 2,145,351 342,236 225,796 213,427 598,331 269,759 64 223,983 214,437 308,696 551,577 754,941 225,897 523,130 2,218,016 448,086 227,030 214,706 582,795 272,323 128 222,576 217,816 624,636 271,293 644,500 224,997 720,468 2,308,315 582,943 225,971 217,373 552,335 274,237 256 221,202 222,238 541,685 270,898 671,748 228,085 845,494 2,215,381 643,715 225,411 219,166 580,066 273,342 













Kbytes/sec 

註:
1. 關於 IOzone 測試方法,參考 Ben Martin 的文章:IOzone for filesystem performance benchmarking
2. 關於 Ext4 的相關內容,參考 Kernel Newbies 專頁: http://kernelnewbies.org/Ext4

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