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Mit System

Das passende Dateisystem wählen

01.01.2006
Die wenigsten Benutzer machen sich während der Installation Gedanken über das Dateisystem, sondern übernehmen die Grundeinstellung der Distribution. Dieser Artikel zeigt Ihnen, wann Sie davon abweichen sollten.

Die Auswahl des Dateisystems ist bei aktuellen Linux-Distributionen in der Regel mit wenigen Mausklicks erledigt sofern überhaupt eine Entscheidung nötig ist. Die meisten Benutzer bleiben denn auch beim voreingestellen Dateisystem und wechseln es höchstens auf Grund schlechter Erfahrungen oder mit dem Umstieg auf eine andere Distribution.

Es lohnt sich jedoch, bereits bei der Installation das Dateisystem zu tunen. Laut den Benchmarks des LinuxUser ist XFS unter Kernel 2.6 mindestens so performant, wie ReiserFS und Ext3. Auch Reiser4 will sich mit Rekordgeschwindigkeiten und neuem Design [1] ein möglichst großes Stück vom Dateisystem-Kuchen abschneiden. Hier kämpfen die Entwickler allerdings teilweise noch mit fundamentalen Problemen, sodass sich Reiser4 für den produktiven Einsatz noch nicht eignet.

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Der überwiegende Teil der Linux-Rechner benutzt Ext3 [2] oder ReiserFS [3] als Hauptdateisystem, da dies der Standardvorschlag der jeweiligen Distribution ist. ReiserFS und Ext3 sind weder besonders schnell, noch weisen sie ein besonders großes Feature-Spektrum auf. Da die einzelnen Distributoren jedoch ihr bevorzugtes Filesystem mit zahlreichen Patches versehen, gibt es enorme Unterschiede zwischen Dateisystem und Dateisystem. Allgemeingültige Aussagen lassen sich also nur mit Vorbehalt treffen. Warum die meisten Distributionen Ext3 oder ReiserFS benutzen, lesen Sie im Kasten "Am Anfang war Ext2".

Ext3 und ReiserFS gehören zur Familie der Journaling-Dateisysteme. Journaling bedeutet streng genommen, dass das Dateisystem alle Daten zweimal schreibt: Zunächst ins Journal, dann an den eigentlichen Platz. Eigentlich logisch, dass hier nicht mit Spitzengeschwindigkeiten zu rechnen ist.

In der Grundeinstellung benutzen Ext3 und ReiserFS deshalb einen speziellen Modus, bei dem das Dateisystem nur die Metadaten – die Informationen über die Bewegungen im Dateisystem – im Journal speichert, die eigentlichen Daten nicht. Um eine Ext3- oder ReiserFS-Partition mit diesem Modus zu mounten, benutzen Sie die Option data=ordered. Bei den meisten Distributionen ist dies bereits die Grundeinstellung. Mehr zu den einzelnen Mount-Optionen finden Sie in Tabelle 1.

Am Anfang war Ext2

Die älteren Linux-User können sich vermutlich noch an die Zeiten erinnern, als beinahe jede Linux-Distribution das Dateisystem Ext2 benutzte. Es war acht Jahre lang das Linux-Dateisystem der ersten Wahl. Die Ur-Versionen von Linux benutzten noch das Minix-Dateisystem. Einige Entwickler begannen 1992 mit der Programmierung eines eigenen Dateisystems, des Extended Filesystem ExtFS. Dies hatte jedoch viele Fehler, so dass Rémy Card im darauffolgenden Jahr mit Ext2 das Second Extended Filesystem veröffentlichte.

Ext2 entwickelte sich zu einem stabilen und erweiterbaren Dateisystem. Es hatte jedoch einen großen Nachteil: Da es kein Journaling verwendete, musste zum Beispiel bei einem Crash und regelmäßig nach einer festgelegten Zeit ein langwieriger Dateisystemcheck durchgeführt werden. Dieser dauerte je nach Kapazität der Festplatte mehrere Stunden. Auch ließ sich das Dateisystem nur mit proprietären Tools im laufenden Betrieb vergrößern oder verkleinern. Um 2000 war der Zeitpunkt gekommen, dass die Festplatten zu groß und der Dateisystemcheck mit Ext2 zu langsam wurde.

Unabhängig voneinander arbeiteten deshalb Kernel-Entwickler an zwei Projekten: Ext3 als Journaling-Erweiterung für Ext2 und ReiserFS v3 als komplett neues Dateisystem mit nativem Journaling-Support. Den Wettkampf um das erste Journaling-Dateisystem gewann ReiserFS noch 1999. Suse – Hauptsponsor des Journaling-Codes und sehr am Online-Resizing interessiert – war im Frühling 2000 der erste Distributor, der in Version 6.4 das neue Dateisystem als Standard-Filesystem verwendete (als Update war es bereits für 6.3 erhältlich). Es hatte jedoch einige Kinderkrankheiten, so funktionierte zum Beispiel die Zusammenarbeit mit dem Netzwerkdateisystem NFS sehr schlecht.

Ext3 war erstmals 2001 für Red Hat 7.2 als offizielles Dateisystem erhältlich. Die Entscheidung für Ext3 fällte Red Hat unter anderem deshalb, weil das Dateisystem schon bald in den offiziellen Kernel aufgenommen werden sollte, was mit Kernel 2.2.15 (dem letzten 2.2-er Kernel vor 2.4) auch gelang. Bei ReiserFS dauerte dieser Schritt noch bis zum Kernel 2.4.1. Seither benutzen die meisten Linux-Distributionen entweder Ext3 oder ReiserFS als Standard-Dateisystem und beide Dateisystem gelten als sehr stabil.

Ebenfalls noch 2001 schafften auch zwei nach Linux portierte Journaling-Dateisysteme von IBM und SGI den Sprung in den Linux-Kernel. XFS von SGI ist inzwischen eines der besten Dateisysteme für Dateigrößen von 1 MByte und mehr. JFS von IBM konnte sich nie richtig etablieren und wird zum Beispiel von Suse nicht mehr offiziell unterstützt.

Steht die Integrität der Daten an erster Stelle und spielt die Geschwindigkeit nur eine untergeordnete Rolle empfiehlt sich die Option data=journal für das Einhängen der jeweiligen Partition. Bei Ext3 resultiert daraus ein Schreibperformance-Verlust von bis zu 50 Prozent. Bei größeren Dateien beträgt der Unterschied um die 20 Prozent (siehe Abbildung 1). Diese Option ist denn auch nicht für das Wurzelverzeichnis gedacht, sondern für separate Datenpartitionen. Auch für das /home-Verzeichnis ist sie nur beschränkt zu empfehlen. Die Option data=writeback, bei der das Filesystem ins Journal schreiben darf, bevor alle Daten an ihrem Bestimmungsort angelangt sind, ermöglicht einen Performance-Gewinn von bis zu 10 Prozent. Sie eignet sich gut für das Root-Dateisystem, da hier in der Regel nicht viele Schreibvorgänge stattfinden und kaum Datenverlust zu befürchten ist. Ein separates /home- oder Datenverzeichnis ist dann allerdings zu empfehlen.

Abbildung 1: Schreibperformance-Vergleich mit dem Benchmark Iozone. Im Journal-Modus sind Ext3 und ReiserFS etwa gleich langsam. Writeback- und Ordered-Modus bringen bei Ext3 bis zu 40 Prozent schnelleren Datentransfer, bei ReiserFS sind es bis zu 120 Prozent. Als Vergleich die Ergebnisse von Ext2 und Reiser4.

Erstaunlich gut für sein Alter schlägt sich auch Ext2. In vielen Tests arbeitet es schneller als Ext3 oder ReiserFS. Hier zeigt es sich, dass die Journaling-Fähigkeit von Ext3 einen leichten Performance-Verlust gegenüber Ext2 mit sich bringt.

Für Partitionen ohne wichtige Daten, zum Beispiel eine separate /tmp-Partition, lohnt es sich deshalb, allenfalls Ext2 anstelle von Ext3 einzusetzen, falls die Partitionsgröße nicht über die Gigabyte-Marke steigt. Ansonsten ist Ext2 nicht zu empfehlen, da der Dateisystem-Check unter Umständen länger als das Einspielen eines Backups dauert. Weiterhin erste Wahl ist Ext2 für eine separate Boot-Partition, da zum Beispiel bei ReiserFS das Journal alleine 33 MByte belegt.

Data-Optionen von Ext3 und ReiserFS

Option Erklärung
data=journal Diese Option, bei der alle Daten zunächst in den Journal-Bereich kopiert werden und erst dann an den eigentlichen Bestimmungsort, garantiert höchste Datensicherheit. Mit ihr sinkt aber sowohl bei Ext3 als auch bei ReiserFS die Datendurchsatzrate knapp um die Hälfte, da jeder Schreibvorgang doppelt so lange dauert.
data=ordered Dies ist die Standard-Option. Das Dateisystem schreibt zunächst die Daten an den Bestimmungsort, und trägt dann die Informationen über den abgeschlossenen Vorgang im Journal ein.
data=writeback Mit dieser Mount-Option, die bei Ext3 einen Performance-Gewinn von ca. 10 Prozent, bei ReiserFS von bis zu 30 Prozent gegenüber der Default-Option bringt, darf das Dateisystem bereits in das Journal schreiben, bevor alle Daten an ihrem Bestimmungsort angelangt sind. Bei einem Crash kann es vorkommen, dass durch den Dateisystemcheck alte Daten in Dateien auftauchen. Die Option ist für Reiser nur unter Kernel 2.6 verfügbar.
data=notail Nur bei ReiserFS. ReiserFS benutzt Leerraum in Blöcken, um darin Teile von Daten zu speichern, die nicht in einen Block passen. Der Schwanz (engl. tail) der Datei wir also abgeschnitten und in einem anderen Block gespeichert. ReiserFS speichert damit 10-20 Prozent mehr Dateien auf der selben Partition als beispielsweise Ext3. Da damit ein leichter Performance-Verlust verbunden ist, lässt sich dieses Feature mit der Option data=notail abschalten. Der Performance-Gewinn durch diese Option liegt jedoch unter 5 Prozent.

Reiser4 und XFS

Steht Performance an erster Stelle auf der Dateisystem-Wunschliste, ist Reiser4 klarer Favorit. Die Benchmarks des LinuxUser untermauern die Behauptung auf der Namesys-Homepage, Reiser4 sei doppelt so schnell wie ReiserFS. Kein einziges Dateisystem steht bei den verschiedenen Tests so oft auf Position Eins, wie Reiser4. Beim Anlegen von 50 000 Dateien ist es zum Beispiel dreimal so schnell wie das zweitschnellste Dateisystem XFS [4]. Hier machen sich die Schreib-Optimierungsarbeiten an Reiser4 deutlich bemerkbar. Auch bei den übrigen Schreib-Tests ist Reiser4 zumindest 10 bis 20 Prozent flotter als das nächstschnellste Dateisystem. Es darf sich somit zu Recht als schnellstes Linux Dateisystem bezeichnen.

Auf der Ressourcen-Seite sieht es für Reiser4 hingegen weniger gut aus. So liegt zum Beispiel die CPU-Belastung beim oben erwähnten sequenziellen Anlegen von 50000 Dateien bei Reiser4 bei 26 Prozent. Die übrigen Dateisysteme geben sich hier mit 1-4 Prozent zufrieden. Reiser4 liegt im Allgemeinen bei der Prozessorbelastung rund 10 Prozent über allen anderen Dateisystemen, manchmal sind es aber auch 50 oder mehr Prozente. Nur ReiserFS überbietet Reiser4 in einigen Test-Kategorien in dieser Hinsicht. Auf Rechnern mit einer schwachen CPU sollten Sie deshalb Ext3 oder XFS einsetzen.

Auch auf der Feature-Liste von Reiser4 fehlen zur Zeit noch grundlegenden Funktionen, wie Quota- oder ACL-Support.

XFS hat das Zeug, zum Dateisystem der ersten Wahl aufzusteigen. Im Gegensatz zu Reiser4 kann es schon jetzt auf einen aktiven Benutzerkreis zurückblicken und unterstützt Quotas, ACLs sowie erweiterte Attribute. Es ist das schnellste Dateisystem nach Reiser4 und schafft es sogar, dieses in einigen Kategorien zu übertreffen. XFS schneidet in erster Linie bei großen Datenmengen gut ab. Auch bei Testdaten mit einer Größe von 4 GByte vermag es seine Performance noch zu steigern. Möchten Sie auf Ihrem PC Videos editieren, sollten Sie XFS als Dateisystem verwenden.

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