老實(shí)說，人們最不曾思考的問題之一是他們的個(gè)人電腦中使用了什么文件系統(tǒng)。Windows 和 Mac OS X 用戶更沒有理由去考慮，因?yàn)閷?duì)于他們的操作系統(tǒng)，只有一種選擇，那就是 NTFS 和 HFS+。

相反，對(duì)于 Linux 系統(tǒng)而言，有很多種文件系統(tǒng)可以選擇，現(xiàn)在默認(rèn)的是廣泛采用的 ext4。然而，現(xiàn)在也有改用一種稱為 btrfs 文件系統(tǒng)的趨勢(shì)。那是什么使得 btrfs 更優(yōu)秀，其它的文件系統(tǒng)又是什么，什么時(shí)候我們又能看到 Linux 發(fā)行版作出改變呢？

首先讓我們對(duì)文件系統(tǒng)以及它們真正干什么有個(gè)總體的認(rèn)識(shí)，然后我們?cè)賹?duì)一些有名的文件系統(tǒng)做詳細(xì)的比較

文件系統(tǒng)是干什么的？

如果你不清楚文件系統(tǒng)是干什么的，一句話總結(jié)起來也非常簡(jiǎn)單。文件系統(tǒng)主要用于控制所有程序在不使用數(shù)據(jù)時(shí)如何存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、如何訪問數(shù)據(jù)以及有什么其它信息（元數(shù)據(jù)）和數(shù)據(jù)本身相關(guān)，等等。聽起來要編程實(shí)現(xiàn)并不是輕而易舉的事情，實(shí)際上也確實(shí)如此。文件系統(tǒng)一直在改進(jìn)，包括了更多的功能、更高效地完成它需要做的事情。總而言之，它是所有計(jì)算機(jī)的基本需求、但并不像聽起來那么簡(jiǎn)單。

為什么要分區(qū)？

由于每個(gè)操作系統(tǒng)都能創(chuàng)建或者刪除分區(qū)，很多人對(duì)分區(qū)都有模糊的認(rèn)識(shí)。Linux 操作系統(tǒng)即便使用標(biāo)準(zhǔn)安裝過程，在同一塊磁盤上仍使用多個(gè)分區(qū)，這看起來很奇怪，因此需要一些解釋。擁有不同分區(qū)的一個(gè)主要目的就是為了在災(zāi)難發(fā)生時(shí)能獲得更好的數(shù)據(jù)安全性。

通過將硬盤劃分為分區(qū)，數(shù)據(jù)會(huì)被分隔以及重組。當(dāng)事故發(fā)生的時(shí)候，只有存儲(chǔ)在被損壞分區(qū)上的數(shù)據(jù)會(huì)被破壞，很大可能上其它分區(qū)的數(shù)據(jù)能得以保留。這個(gè)原因可以追溯到 Linux 操作系統(tǒng)還沒有日志文件系統(tǒng)、任何電力故障都有可能導(dǎo)致災(zāi)難發(fā)生的時(shí)候。

使用分區(qū)也考慮到了安全和健壯性原因，因此操作系統(tǒng)部分損壞并不意味著整個(gè)計(jì)算機(jī)就有風(fēng)險(xiǎn)或者會(huì)受到破壞。這也是當(dāng)前采用分區(qū)的一個(gè)最重要因素。舉個(gè)例子，用戶創(chuàng)建了一些會(huì)填滿磁盤的腳本、程序或者 web 應(yīng)用，如果該磁盤只有一個(gè)大的分區(qū)，如果磁盤滿了那么整個(gè)系統(tǒng)就不能工作。如果用戶把數(shù)據(jù)保存在不同的分區(qū)，那么就只有那個(gè)分區(qū)會(huì)受到影響，而系統(tǒng)分區(qū)或者其它數(shù)據(jù)分區(qū)仍能正常運(yùn)行。

記住，擁有一個(gè)日志文件系統(tǒng)只能在掉電或者和存儲(chǔ)設(shè)備意外斷開連接時(shí)提供數(shù)據(jù)安全性，并不能在文件系統(tǒng)出現(xiàn)壞塊或者發(fā)生邏輯錯(cuò)誤時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)。對(duì)于這種情況，用戶可以采用廉價(jià)磁盤冗余陣列的方案。

為什么要切換文件系統(tǒng)？

ext4 文件系統(tǒng)由 ext3 文件系統(tǒng)改進(jìn)而來，而后者又是從 ext2 文件系統(tǒng)改進(jìn)而來。雖然 ext4 文件系統(tǒng)已經(jīng)非常穩(wěn)定，是過去幾年中絕大部分發(fā)行版的默認(rèn)選擇，但它是基于陳舊的代碼開發(fā)而來。另外， Linux 操作系統(tǒng)用戶也需要很多 ext4 文件系統(tǒng)本身不提供的新功能。雖然通過某些軟件能滿足這種需求，但性能會(huì)受到影響，在文件系統(tǒng)層次做到這些能獲得更好的性能。

Ext4 文件系統(tǒng)

ext4 還有一些明顯的限制。最大文件大小是 16 tebibytes（大概是 17.6 terabytes），這比普通用戶當(dāng)前能買到的硬盤還要大的多。使用 ext4 能創(chuàng)建的最大卷/分區(qū)是 1 exbibyte（大概是 1,152,921.5 terabytes）。通過使用多種技巧， ext4 比 ext3 有很大的速度提升。類似一些最先進(jìn)的文件系統(tǒng)，它是一個(gè)日志文件系統(tǒng)，意味著它會(huì)對(duì)文件在磁盤中的位置以及任何其它對(duì)磁盤的更改做記錄。縱觀它的所有功能，它還不支持透明壓縮、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除或者透明加密。技術(shù)上支持了快照，但該功能還處于實(shí)驗(yàn)性階段。

Btrfs

btrfs 有很多不同的叫法，例如 Better FS、Butter FS 或者 B-Tree FS。它是一個(gè)幾乎完全從頭開發(fā)的文件系統(tǒng)。btrfs 出現(xiàn)的原因是它的開發(fā)者起初希望擴(kuò)展文件系統(tǒng)的功能使得它包括快照、池化、校驗(yàn)以及其它一些功能。雖然和 ext4 無關(guān)，它也希望能保留 ext4 中能使消費(fèi)者和企業(yè)受益的功能，并整合額外的能使每個(gè)人，尤其是企業(yè)受益的功能。對(duì)于使用大型軟件以及大規(guī)模數(shù)據(jù)庫的企業(yè)，讓多種不同的硬盤看起來一致的文件系統(tǒng)能使他們受益并且使數(shù)據(jù)整合變得更加簡(jiǎn)單。刪除重復(fù)數(shù)據(jù)能降低數(shù)據(jù)實(shí)際使用的空間，當(dāng)需要鏡像一個(gè)單一而巨大的文件系統(tǒng)時(shí)使用 btrfs 也能使數(shù)據(jù)鏡像變得簡(jiǎn)單。

用戶當(dāng)然可以繼續(xù)選擇創(chuàng)建多個(gè)分區(qū)從而無需鏡像任何東西。考慮到這種情況，btrfs 能橫跨多種硬盤，和 ext4 相比，它能支持 16 倍以上的磁盤空間。btrfs 文件系統(tǒng)一個(gè)分區(qū)最大是 16 exabyte，最大的文件大小也是 16 exabyte。

XFS 文件系統(tǒng)

XFS 文件系統(tǒng)是擴(kuò)展文件系統(tǒng)的一個(gè)擴(kuò)展。XFS 是 64 位高性能日志文件系統(tǒng)。對(duì) XFS 的支持大概在 2002 年合并到了 Linux 內(nèi)核，到了 2009 年，紅帽企業(yè)版 Linux 5.4 也支持了 XFS 文件系統(tǒng)。對(duì)于 64 位文件系統(tǒng)，XFS 支持最大文件系統(tǒng)大小為 8 exabytes。XFS 文件系統(tǒng)有一些缺陷，例如它不能壓縮，刪除大量文件時(shí)性能低下。目前RHEL 7.0 文件系統(tǒng)默認(rèn)使用 XFS。

總結(jié)

不幸的是，還不知道 btrfs 什么時(shí)候能到來。官方說，其下一代文件系統(tǒng)仍然被歸類為“不穩(wěn)定”，但是如果用戶下載最新版本的 Ubuntu，就可以選擇安裝到 btrfs 分區(qū)上。什么時(shí)候 btrfs 會(huì)被歸類到 “穩(wěn)定” 仍然是個(gè)謎， 直到真的認(rèn)為它“穩(wěn)定”之前，用戶也不應(yīng)該期望 Ubuntu 會(huì)默認(rèn)采用 btrfs。有報(bào)道說 Fedora 18 會(huì)用 btrfs 作為它的默認(rèn)文件系統(tǒng)，因?yàn)榈搅税l(fā)布它的時(shí)候，應(yīng)該有了 btrfs 文件系統(tǒng)校驗(yàn)器。由于還沒有實(shí)現(xiàn)所有的功能，另外和 ext4 相比性能上也比較緩慢，btrfs 還有很多的工作要做。

那么，究竟使用哪個(gè)更好呢？盡管性能幾乎相同，但 ext4 還是贏家。為什么呢？答案在于易用性以及廣泛性。對(duì)于桌面或者工作站， ext4 仍然是一個(gè)很好的文件系統(tǒng)。由于它是默認(rèn)提供的文件系統(tǒng)，用戶可以在上面安裝操作系統(tǒng)。同時(shí)， ext4 支持最大 1 exabytes 的卷和 16 terabytes 的文件，因此考慮到大小，它也還有很大的進(jìn)步空間。

btrfs 能提供更大的高達(dá) 16 exabytes 的卷以及更好的容錯(cuò)，但是，到現(xiàn)在為止，它感覺更像是一個(gè)附加的文件系統(tǒng)，而部署一個(gè)集成到 Linux 操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)。比如，盡管 btrfs 支持不同的發(fā)行版，使用 btrfs 格式化硬盤之前先要有 btrfs-tools 工具，這意味著安裝 Linux 操作系統(tǒng)的時(shí)候它并不是一個(gè)可選項(xiàng)，即便不同發(fā)行版之間會(huì)有所不同。

盡管傳輸速率非常重要，評(píng)價(jià)一個(gè)文件系統(tǒng)除了文件傳輸速度之外還有很多因素。btrfs 有很多好用的功能，例如寫復(fù)制、擴(kuò)展校驗(yàn)、快照、清洗、自修復(fù)數(shù)據(jù)、冗余刪除以及其它保證數(shù)據(jù)完整性的功能。和 ZFS 相比 btrfs 缺少 RAID-Z 功能，因此對(duì)于 btrfs， RAID 還處于實(shí)驗(yàn)性階段。對(duì)于單純的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，和 ext4 相比 btrfs 似乎更加優(yōu)秀，但時(shí)間會(huì)驗(yàn)證一切。

迄今為止，對(duì)于桌面系統(tǒng)而言，ext4 似乎是一個(gè)更好的選擇，因?yàn)樗悄J(rèn)的文件系統(tǒng)，傳輸文件時(shí)也比 btrfs 更快。btrfs 當(dāng)然值得嘗試、但要在桌面 Linux 上完全取代 ext4 可能還需要一些時(shí)間。數(shù)據(jù)場(chǎng)和大存儲(chǔ)池會(huì)揭示關(guān)于 ext4、XCF 以及 btrfs 不同的場(chǎng)景和差異。

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