Ext4

Ext4 unterstützt 64-Bit-Prozessoren, was es ermöglicht, bei einer Blockgröße von 4 KByte erstmals 16 TByte große Dateien zu erstellen. Das Dateisystem selbst darf auf 1 Exabyte (entspricht etwa 1 Million TByte) wachsen, wobei dieser Wert für die meisten Systeme eher theoretischer Natur ist. Für die meisten Fälle empfiehlt es sich, das Dateisystem auf rund 16 TByte zu beschränken und gegebenenfalls mehrere Dateisysteme nebeneinander anzulegen.

Ext2 und Ext3 organisieren die Ablage der Daten über Block-Bitmaps, die den physikalischen Speicherplatz abbilden. Unter Ext4 übernehmen "Extents" diese Funktion, die zusammenhängenden Blöcke auf dem Speichermedium zusammenzufügen. Ein einzelner Extent umfasst unter Ext4 bis zu 128 MByte an zusammenhängenden Speicherplatz, wobei ein Inode bis zu vier Extents enthält. Umfasst eine Datei mehr als vier Extents, indexiert das Dateisystem die übrigen Extents in einer Baumstruktur. Durch den Einsatz von Extents bietet das Ext-Dateisystem in einigen Fällen eine stark verbesserte Performance für große Dateien und eine bessere Defragmentierung.

Ein unter Ext3 schmerzlich vermisstes Feature hielt unter Ext4 ebenfalls Einzug: Eine neue Kernel-Funktion bringt Ext4 dazu, vorab schon Speicherplatz für eine Datei zu reservieren ("pre-allocation"). Ext4 füllt den fraglichen Bereich schon einmal mit Nullen und versucht zu garantieren, dass der Speicherplatz wirklich nicht bereitsteht und möglichst zusammenhängt.

Durch weitere Umbauten unterstützt Ext4 nun mehr als 32 000 Unterverzeichnisse pro Ordner – theoretisch nahezu unendlich viele, da der HTree-Mechanismus nun grundsätzlich greift. Benötigen Sie mehr als die standardmäßig 64 000 erlaubten Unterverzeichnisse, aktivieren Sie das Feature dir_nlink.

Das mit Ext3 hinzugekommene Journal erhielt eine sinnvolle Verbesserung: Mithilfe von Prüfsummen für Metadaten beugt es nun möglichen Risiken für defekte Metadaten vor, die im schlimmsten Fall das Dateisystem schreddern könnten. Der unbeliebte Dateisystem-Check läuft unter Ext4 deutlich schneller ab, da unbenutzte Speicherbereiche im Dateisystem als solche markiert sind. Beim Überprüfen überspringt die Software diese, wovon besonders fast leere Dateisysteme profitieren. Fans von möglichst genauen Zeitstempeln kommen nun ebenfalls auf ihre Kosten, da Ext4 auf Nanosekunden genaue Zeitstempel ermöglicht. Ext4 beherbergt nun zudem Optionen, mit denen das System SSD-Speicher optimaler nutzt.

Mit Kernel 4.1 hielt Mitte 2015 übrigens experimentell eine transparente Verschlüsselung Einzug ins Ext4-Dateisystem [4], wobei die Benutzer Daten mit jeweils verschiedenen Schlüsseln absichern können. Seit Kernel 4.4 erfüllt dieses Feature alle Voraussetzungen für einen künftigen Einsatz. Als treibende Kraft hinter der Ext4-Verschlüsselung agiert übrigens Google. Vermutlich will der Konzern damit bessere Sicherheits-Features für Android und ChromeOS anbieten. Experimentieren Sie derzeit mit einem aktuellen Kernel und neueren Userspace-Tools (wie Tune2fs), dann lohnt es sich, einen Blick auf einen entsprechenden Blog-Post [5] zu werfen.

Ext4 bietet Rückwärtskompatibilität zu Ext3 und Ext2, was es ermöglicht, die Vorläufer als Ext4 zu mounten. Ein Ext4-Dateisystem hingegen können Sie nicht direkt als Ext3-Dateisysteme einhängen. Dazu müssten Sie erst einige Features beim Erstellen des Dateisystems deaktivieren, zum Beispiel die Limits für das Dateisystem denen von Ext3 anpassen.

Ext4 beherrscht seit Kernel 3.6 Quota, mit denen Sie bei Bedarf den Speicherplatz der Benutzer und Benutzergruppen begrenzen. Mit der jüngst veröffentlichten Kernel-Version 4.5 hielten zudem Projekt-Quota Einzug. Damit limitieren Sie den Speicher entweder für Verzeichnishierarchien oder über mehrere Ordner hinweg verstreute Dateien. Die Patches dafür wurden bereits Ende 2014 eingereicht und in einem Post auf der Ext4-Mailingliste beschrieben [6].

Ausblick

Ext4 war über die letzten Jahre hinweg in vielen Distributionen Dateisystemstandard, da es sich für die meisten Zwecke gut eignet und als stabil gilt. Mittlerweile schwenken einige Distributoren auf XFS (Red Hat) oder Btrfs (OpenSuse) um. Besonders Btrfs gilt als aussichtsreichster Kandidat, um mittelfristig Ext4 abzulösen: Es enthält viele Features, die auf absehbare Zeit wohl nicht in Ext4 auftauchen dürften. Darunter fallen beispielsweise Dateisystem-Snapshots, Unterstützung für richtige Online-Defragmentierung und Copy-on-write-Vorgänge.

Ob es eine fünfte Version des Ext-Dateisystems gibt, ist derzeit ungewiss. In der Vergangenheit entstand die nächste Version des Dateisystems stets, sobald sich genug Änderungen fanden, die eine nächsthöhere Version rechtfertigten, während die Entwickler die bisherige Ext-Version möglichst stabil halten wollten.

In der Ext4-Mailingliste findet sich für Mai 2014 eine Patch-Beschreibung des Oracle-Entwicklers Darrick J. Wong, der zumindest einige Flags unter der Bezeichnung Ext5 einführen möchte [7]. Im Laufe der Diskussion stellten andere Entwickler jedoch heraus, dass die fraglichen Änderungen nicht ausreichen, um gleich ein neues Dateisystem zu begründen. Wahrscheinlicher ist, dass die Entwickler noch länger aktiv an Ext4 arbeiten. Mittelfristig aber wechseln vermutlich viele Nutzer zu Btrfs. 

Der Autor

Valentin Höbel arbeitet als Cloud Architect für den VoIP-Spezialisten NFON AG in München. Wenn er in seiner Freizeit nicht gerade am Kicker-Tisch steht, wirft er einen Blick auf aktuelle Open-Source-Technologien.

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