Ext3 被认为是最流行的文件系统之一，并在许多商业发行版中使用，但随着 IT 行业需求的增加，我们开始发现 ext3 中缺乏的许多功能，这导致了 ext4 文件系统的发展。
在本文中，我将尝试非常彻底地提及 ext3 所缺乏的特性的细节，而 ext4 帮助克服了它。

注意：Ext4 可从内核版本为 2.6.19 的机器上获得

支持范围

Ext3 文件系统被设计为使用间接块映射方案，这对小文件很有效，但在处理大文件时会导致高元数据开销和性能不佳，尤其是在执行删除或者截断操作时，因为映射为每个单独的块保留一个条目，并且大文件有许多块，这将导致处理缓慢的巨大映射。

ext4 文件系统中添加了一个名为 extent 的新功能。
范围是表示一系列连续块的单个描述符。
ext4 中的单个区最多可以表示 128 MB

计算：

xt3：

使用间接块映射方案，1块=4KB
所以对于 100MB 文件 100*1024/4 = 25600 块

Ext4：

1 个范围最多可表示 128MB，因此单个范围可用于映射

与 ext3 相比，extents 在大型顺序 I/O 工作负载中带来了 25% 的吞吐量增益，从而提高了文件系统的整体性能。

大文件系统支持

ext3 最重要的限制之一是 16TB 文件系统大小，因为它使用 32 位块号并具有默认的 4k 块大小。
ext4 文件系统理论上支持 1EB 的最大文件系统大小（例如 100 万 TB：1 EB = 1024 PB、1 PB = 1024 TB、1 TB = 1024 GB）克服了这一点。
使用 48 位物理块号的范围补丁的组合使此更改成为可能。
其他元数据更改，例如在超级块结构中，也进行了支持 48 位块编号。

Journaling日志记录功能

日志文件系统是一种文件系统，它维护一个称为日志的特殊文件，用于修复由于计算机不正确关闭而导致的任何不一致。

为了在日志块层 (JBD) 中支持超过 32 位的块号，在克隆 ext4 的同时从 JBD 分叉出 JBD2.

在 Ext4 中，我们可以获得禁用日志功能的另外优势，这可以帮助有特殊要求和较少工作负载的用户稍微提高机器的性能。

多块分配

块分配器决定使用哪些空闲块来写入数据。
Ext3 分配器一次为文件系统中的任何数据分配一个块，因此我们可以想象在写入 100MB 数据时占用的 CPU 数量和时间，如上述计算所示。

Ext4 使用多块分配器，它允许在单个操作中将多个块分配给一个文件，以显着减少在文件系统中搜索许多空闲块的 CPU 使用量。
此外，由于同时分配了许多文件块，因此可以做出更好的决定来找到适合所有块的空闲空间块。

延迟分配

与立即开始寻找空闲块并尽快分配的 ext3 文件系统相比，这是一个特性，在文件系统上写入新数据尽可能延迟。

结合多块分配，通过知道所需块的大小，可以同时分配大量块，可以寻找合适的空闲空间块并将其分配给它，而不是每次都选择一个空闲块。

这将减少用于块分配的 CPU 时间，从而提高性能。

在线碎片整理

Ext4 将支持在线分片，通过创建临时 inode，使用多块分配将连续块分配给 inode，将原始文件中的所有数据读取到页面缓存，然后将数据刷新到磁盘并迁移新分配的块来执行转到原始inode。

为什么我们需要碎片整理？

当文件系统中有多个文件时，会发生这种情况。
现在这些数据被存储为小块。
例如，我们有一个 1GB 的单个数据文件，因此内核会将这个单个文件的所有块放在一个位置，但最终随着文件系统大小变满，该 1GB 文件附近的块也将被占用。
但是，如果我们向 1GB 数据文件添加更多内容并将其大小增加到 3GB 呢？
在这种情况下，内核不会在该数据文件附近找到任何空闲块，并将在文件系统上分配随机空闲块，这会降低 I/O 性能。
因此，我们执行碎片整理以排列文件系统上每个可用数据的所有块。

inode 相关

在 ext3 中，默认 inode 大小为 128 字节，但在 ext4 中，默认 inode 大小可以是 256、512、1024 等。
最多文件系统块大小。
这将为计划功能、纳秒时间戳和 inode 版本控制所需的新字段提供空间。

索引功能

为了提高目录的可扩展性，ext3 中可用的目录索引功能将在 ext4 中默认打开。
目录索引使用专门的类似 Btree 的结构来存储目录条目，而不是具有线性访问时间的链表。
这显着提高了性能
某些具有非常大目录的应用程序。

更快的修复和恢复

在 ext4 中未分配的块组和 inode 表的部分被标记为这样。
这使 e2fsck 可以完全跳过它们，并大大减少检查文件系统所需的时间。
Linux 2.6.24 实现了这个特性。

无限子目录限制

利用 B 树索引功能，ext4 文件系统克服了子目录的最大限制，即 ext3 中的 32,768 个。
可以在 ext4 文件系统中创建无限的目录。

ext3和ext4的简单对比图