Wat is ext4 (vierde uitgebreide bestandssysteem)?

ext4, de opvolger van ext3, is een Linux journaling-bestandssysteem en een hoeksteen van opslagbeheer sinds de introductie in 2008. Het ondersteunt grote bestandssystemen en vele bestanden, waardoor het een populaire keuze is voor alles, van personal computing tot bedrijfsniveau data centers.

Wat is ext?

De "ext" bestandssysteem, een afkorting van "extended file system", was de eerste die speciaal werd ontworpen voor de Linux kernel. Het werd geïntroduceerd in 1992 en werd gemaakt om de beperkingen van het Minix-bestandssysteem te overwinnen, dat in vroege versies van Linux werd gebruikt. Het ext-bestandssysteem bracht verschillende verbeteringen met zich mee, zoals de ondersteuning voor het bestandssysteem metadata, waardoor een efficiënter beheer mogelijk werd bestanden en directories. Het ondersteunde grotere bestandsgroottes en een groter aantal bestanden dan Minix, wat cruciaal was voor de adoptie en groei van Linux.

Het ext-bestandssysteem had echter zijn beperkingen, zoals het ontbreken van een journaalfunctie, wat leidde tot de ontwikkeling van zijn opvolgers:

ext2, geïntroduceerd in 1993, was niet-journaliserend, maar bood betere prestaties en betrouwbaarheid dan de oorspronkelijke ext.
ext3, dat in 1999 uitkwam, voegde journaling-mogelijkheden toe om te verbeteren data-integriteit op systeemcrashes.
ext4, uitgebracht in 2008, breidde de mogelijkheden verder uit in termen van omvang en prestaties.

Elke iteratie is ontworpen om tegemoet te komen aan de veranderende behoeften van Linux-systemen, terwijl de compatibiliteit met eerdere versies behouden blijft.

Wat is ext4?

Het ext4, of vierde uitgebreide bestandssysteem, is een journaling-bestandssysteem voor Linux, ontwikkeld als de opvolger van ext3. Het introduceert verschillende verbeteringen ten opzichte van zijn voorganger, waardoor de prestaties, betrouwbaarheid en opslagcapaciteit worden verbeterd.

ext4 ondersteunt grotere bestandssystemen en verwerkt meer bestanden dan ext3, waardoor het geschikt is voor moderne opslagbehoeften. Het bevat functies zoals vertraagde toewijzing, waardoor de prestaties worden verbeterd en verminderd fragmentatie door te wachten met het bepalen van de locatie van de bestandssysteemblokken totdat ze daadwerkelijk worden geschreven.

Het ext4-bestandssysteem implementeert ook een 48-beetje blokadresseringsschema, waardoor het schijfgroottes tot 1 kan ondersteunen exabyte en individuele bestanden tot 16 terabytes groot. Dit bestandssysteem is ontworpen om de opslaglimieten te vergroten en de toegangssnelheid te verhogen zonder de gegevensintegriteit in gevaar te brengen, waarbij het upgradegemak van ext3 behouden blijft en achterwaartse compatibiliteit mogelijk is.

ext4-functies

Hier zijn de belangrijkste kenmerken en kenmerken van ext4:

Ondersteuning voor groot bestandssysteem. ext4 ondersteunt volumes met een grootte tot 1 exbibyte (EiB) en bestanden met een grootte tot 16 tebibyte (TiB), wat een aanzienlijke toename is ten opzichte van zijn voorganger.
Omvang. In tegenstelling tot ext3, dat gebruik maakt van een bitmapsysteem (block mapping), gebruikt ext4 uitbreidingen, wat een efficiëntere methode is voor het toewijzen van bestandsblokken die de prestaties bij grote bestanden verbetert en fragmentatie vermindert.
Achterwaartse compatibiliteit. ext4 is achterwaarts compatibel met ext3 en ext2, wat betekent dat het bestandssystemen kan aankoppelen die met deze eerdere versies zijn gemaakt.
Journaling. ext4 behoudt het gebruik van een journaling-mechanisme, dat helpt de integriteit van het bestandssysteem te beschermen tegen plotselinge afsluitingen, hardware crashes en andere soorten systeemfouten.
Uitgestelde toewijzing. Deze functie verbetert de prestaties en vermindert fragmentatie door de toewijzing van blokken uit te stellen totdat ze daadwerkelijk nodig zijn gegevensopslag.
Verhoogde submaplimiet. ext4 ondersteunt een onbeperkt aantal submappen, in tegenstelling tot ext3, dat beperkt is tot 32,000.
Tijdstempels. ext4 ondersteunt tijdstempels met een resolutie van nanoseconden, wat een verbetering is ten opzichte van de tweede resolutie die in ext3 wordt gebruikt. Het bevat ook ondersteuning voor datums tot het jaar 2446 door het gebruik van 48-bit datumvelden.
Online defragmentatie. ext4 ondersteunt online defragmentatie, waardoor defragmentatie van het bestandssysteem mogelijk is zonder het te ontkoppelen, wat cruciaal is voor systemen die continue uptime vereisen.
Controlesommen voor journalisering. Ext4 kan gebruiken checksums in het tijdschrift om de betrouwbaarheid en de snelheid van het crashherstel te verbeteren.

Voor- en nadelen van ext4

ext4 biedt een verscheidenheid aan voordelen, evenals enkele nadelen waar gebruikers zich bewust van moeten zijn.

voordelen

Hier zijn enkele belangrijke voordelen van het ext4-bestandssysteem die ext4 tot een robuuste, efficiënte en veelzijdige keuze voor verschillende gebruikers maken Linux-distributies, wat bijdraagt aan de wijdverbreide acceptatie ervan in verschillende sectoren en gebruiksscenario’s:

Verhoogde opslaglimieten. ext4 kan grotere volumes en bestanden aanzienlijk beter verwerken dan zijn voorgangers. Het ondersteunt volumes tot 1 exabyte en bestanden tot 16 terabytes groot. Deze capaciteit maakt hem geschikt voor toepassingen op bedrijfsniveau en data-intensieve taken, en komt tegemoet aan de groeiende vraag naar opslag.
Verbeterde prestatie. ext4 introduceert verschillende functies die de prestaties verbeteren. Het maakt gebruik van uitbreidingen, dit zijn aaneengesloten opslagblokken, waardoor fragmentatie wordt verminderd en de snelheid van bestandstoegang en -opslag wordt verbeterd. Vertraagde toewijzing verbetert de I/O-prestaties door de manier te optimaliseren waarop gegevens naar schijf worden geschreven, waardoor de algehele efficiëntie van het bestandssysteem wordt verbeterd.
Journaling. Een van de belangrijkste sterke punten van ext4 is de journaliseringsmogelijkheid, die de integriteit van gegevens helpt beschermen door een logboek bij te houden van lopende transacties. In het geval van een systeemcrash of stroomstoring zorgt deze functie ervoor dat het bestandssysteem sneller en netjes kan herstellen door het journaal opnieuw af te spelen.
Achterwaartse compatibiliteit. ext4 is achterwaarts compatibel met ext2- en ext3-bestandssystemen. Met deze functie kunnen gebruikers oudere bestandssystemen als ext4 mounten zonder alle gegevens te hoeven converteren, wat geweldig is flexen upgradegemak.
Online defragmentatie. ext4 ondersteunt online defragmentatie, waardoor gebruikers het bestandssysteem kunnen defragmenteren terwijl het nog is aangekoppeld en in gebruik is. Deze functie is nuttig in omgevingen waar uitvaltijd moet worden geminimaliseerd.
Aanhoudende voortoewijzing. ext4 maakt het vooraf toewijzen van schijfruimte aan bestanden mogelijk voordat ze worden geschreven. Deze functie is handig voor toepassingen die moeten garanderen dat ze voldoende ruimte voor gegevens hebben voordat ze een bewerking starten, zoals multimedia-opnamen of wetenschappelijke gegevensverwerking.

Nadelen

Hier is een lijst met de nadelen van het ext4-bestandssysteem, met uitleg voor elk:

Gebrek aan ingebouwde momentopnamen en controlesommen. In tegenstelling tot sommige moderne bestandssystemen zoals Btrfs of ZFS ondersteunt ext4 niet standaard snapshots of controlesommen voor bestanden en metagegevens. Dit betekent dat het niet automatisch versies van het bestandssysteem kan vastleggen en beheren of de integriteit van gegevens op blokniveau kan verifiëren, wat cruciaal is om gegevenscorruptie te voorkomen.
Beperkte schaalbaarheid. Hoewel ext4 zeer grote bestandsgroottes en bestandssysteemcapaciteiten ondersteunt, mist het enkele van de meer geavanceerde schaalbaarheid functies van nieuwere bestandssystemen zoals dynamische inode-toewijzing (te vinden in Btrfs), die zich automatisch aanpast naarmate de opslagbehoeften toenemen, en real-time schijfoptimalisatiefuncties.
Complex herstel. Vanwege zijn journaling-karakter kan ext4 complexer zijn om te herstellen in geval van ernstige corruptie of fouten in vergelijking met eenvoudigere, niet-journaling-bestandssystemen zoals ext2. Hoewel de journaalfunctie de gegevensintegriteit verbetert na onverwachte afsluitingen, kan dit herstelpogingen bemoeilijken omdat het journaal opnieuw moet worden afgespeeld of op de juiste manier moet worden gewist.
Schrijf versterking. ext4 kan schrijfversterking veroorzaken, vooral op SSD's, waarbij elke schrijfbewerking meerdere schrijfbewerkingen met zich meebrengt vanwege journalisering. Dit kan de levensduur van SSD's in de loop van de tijd verkorten, omdat ze een beperkt aantal schrijfcycli hebben.
Gegevensveroudering. ext4 is niet geoptimaliseerd voor gegevensopslag op extreem lange termijn waarbij het bestandssysteem niet vaak wordt gebruikt, maar toch betrouwbaar moet blijven in de loop van de tijd. Het journaalsysteem kan leiden tot scenario's waarin oudere gegevens niet worden vernieuwd of geverifieerd, zoals het geval zou zijn in bestandssystemen die zijn ontworpen voor archiveringsdoeleinden.
Prestatieoverhead. De journaalfunctie is weliswaar gunstig voor de gegevensintegriteit, maar introduceert ook prestatieoverhead. Elke schrijfbewerking moet in het journaal worden vastgelegd, wat de schrijfsnelheid kan vertragen, vooral in omgevingen met hoge I/O-eisen.
Geen native encryptie. ext4 biedt geen native encryptie ondersteuning binnen het bestandssysteem zelf. Gebruikers moeten vertrouwen op tools van derden of encryptie op kernelniveau om gegevens in rust te beveiligen, wat de instellingen kan compliceren en mogelijk de prestaties kan beïnvloeden.

ext4 versus ext3

ext4 en ext3 zijn beide journaling-bestandssystemen die voornamelijk in Linux-omgevingen worden gebruikt, maar ext4 introduceert verschillende verbeteringen ten opzichte van ext3, waardoor het geschikter wordt voor moderne computerbehoeften.

ext4 ondersteunt veel grotere bestandssystemen en bestanden; het kan volumes tot 1 exabyte en bestandsgroottes tot 16 terabytes verwerken, vergeleken met de bestandssysteemlimiet van 16 terabyte en de bestandsgroottelimiet van 2 terabyte in ext3. ext4 omvat ook op omvang gebaseerde bestandsopslag, ter vervanging van de traditionele bloktoewijzingsbenadering die in ext3 wordt gebruikt, waardoor de prestaties bij grote bestanden aanzienlijk worden verbeterd en fragmentatie wordt verminderd. Bovendien beschikt ext4 over een vertraagde toewijzing en biedt het een snellere controle van het bestandssysteem vergeleken met ext3.

Bovendien bevat ext4 nieuwe mogelijkheden die niet aanwezig zijn in ext3, zoals ondersteuning voor een onbeperkt aantal submappen (ext3 ondersteunt slechts maximaal 32,000 submappen), online defragmentatie en een robuuster journaalsysteem dat optioneel in een "terugschrijf" -modus kan werken. Deze modus maakt meer mogelijk flexVerbetering van de manier waarop gegevens naar de schijf worden geschreven, waardoor de doorvoer mogelijk toeneemt.

ext4 behoudt ook achterwaartse compatibiliteit met ext3, wat betekent dat het mogelijk is om ext3-bestandssystemen als ext4 te mounten zonder de schijfgegevens te wijzigen. Dit upgradegemak, gekoppeld aan verbeterde prestaties en capaciteit, maakt ext4 een aantrekkelijke keuze voor nieuwe installaties en upgrades van ext3, hoewel ext3 nog steeds in gebruik is vanwege de stabiliteit en de uitgebreide tests die het door de jaren heen heeft ondergaan.