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Ext4: Unterschied zwischen den Versionen

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{{SEITENTITEL:ext4}}
{{Infobox Dateisystem
| name= ext4
| developer= Mingming Cao, Dave Kleikamp, Alex Tomas, [[Theodore Ts’o]], andere
| full_name= Fourth extended filesystem
| introduction_date= 14. Oktober 2008
| introduction_os= Testversion seit [[Linux]] 2.6.19, final seit [[Linux]] 2.6.28
| partition_id= 0x83 ([[Master Boot Record|MBR]])<br />EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7 ([[GUID Partition Table|GPT]])
| directory_struct= Tabelle, [[H-Baum (ext3)|H-Baum]]
| file_struct= bitmap (free space), Tabelle (metadata)
| bad_blocks_struct= Table
| max_file_size= 16 TiB bis 256 TiB (Abhängig von der Blockgröße 1 bis 64 KiB)<ref name=kerneldoc>[https://www.kernel.org/doc/html/latest/filesystems/ext4/overview.html#blocks Kernel.org Dokumentation, ext4, 2. High level design (en); Abschnitt 2.1: Blöcke, dort: Tabellen der Maximalwerte für 32 und 64 bit Dateisysteme.]</ref>
| max_files_no=
| max_dirs_in_dir= 64000<ref>[https://ext4.wiki.kernel.org/index.php/Ext4_Howto#Sub_directory_scalability Kernel.org - Ext4 Howto]</ref>
| max_filename_size= 255 Bytes
| max_volume_size= 4 [[Tebibyte|TiB]] bis 256 [[Tebibyte|TiB]] (32 bit Dateisystem, für 1 bis 64 kiB Blockgröße)<ref name=kerneldoc /> bzw. 16 [[Zebibyte|ZiB]] bis 1 [[Yobibyte|YiB]] (64 bit Dateisystem, für 1 bis 64 kiB Blockgröße),<ref name=kerneldoc /> 16 [[Tebibyte|TiB]] ab [[e2fsprogs]] Version 1.42
| filename_character_set= Alle Bytes außer [[Nullzeichen|NULL]] und '/'
| dates_recorded= modification (mtime), attribute modification (ctime), access (atime), create (crtime)
| date_range= 14.12.1901 bis 25.04.2514
| forks_streams= Nein
| attributes= extent, data=journal, data=ordered, data=writeback, commit=nrsec,<br />orlov, oldalloc, user_xattr, nouser_xattr, acl, noacl, bsddf, minixdf, bh, nobh
| file_system_permissions= [[POSIX]]
| compression= nein
| encryption= ja
| OS= Linux, auch (teils mit [[Drittanbieter]]-Programmen) z.&nbsp;B. [[FreeBSD]],<ref>{{Internetquelle |url=https://docs.freebsd.org/de/books/handbook/filesystems/#_ext2 |titel=Kapitel 20. Dateisystemunterstützung; 20.2.1. ext2 |werk=FreeBSD Handbuch |hrsg=The FreeBSD Documentation Project |datum=2021-12-11 |abruf=2023-10-28 |zitat=Dieser Treiber kann auch für den Zugriff auf ext3 und ext4 Dateisysteme verwendet werden. Das Dateisystem ext2fs(5) bietet ab FreeBSD 12.0-RELEASE volle Lese- und Schreibunterstützung für ext4. Darüber hinaus werden auch erweiterte Attribute und ACLs unterstützt, jedoch kein Journaling und Verschlüsselung.}}</ref> [[macOS]],<ref>{{Internetquelle |autor=Werner Ziegelwanger |url=https://developer-blog.net/mit-osx-auf-das-ext4-dateisystem-zugreifen/ |titel=Mit OSX auf das EXT4 Dateisystem zugreifen |werk=Developer Blog |datum=2014-11-16 |abruf=2023-10-28 |zitat=OSX kann von Haus aus leider nicht auf Linux Dateisysteme wie Ext4 zugreifen. Man benötigt Software Dritter.}}</ref> [[Microsoft Windows|Windows]]<ref>{{Internetquelle |autor=Robert Schanze |url=https://www.giga.de/tipp/windows-so-greift-ihr-auf-ext4-ext3-ext2-zu/ |titel=Windows: ext4/ext3/ext2 lesen und schreiben&nbsp;– so geht's |werk=[[GIGA]] |datum=2023-09-19 |abruf=2023-10-28}}</ref><ref name="heiseonline_4586952">{{Heise online |ID=4586952 |Titel=Ext4-Datei in Windows öffnen |Autor=Isabelle Bauer |Datum=2019-11-15 |Abruf=2023-10-28 |Zitat=Linux bietet integrierte Unterstützung für Windows NTFS-Partitionen, aber Windows kann Linux-Partitionen ohne Software von Drittanbietern nicht lesen.}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://thewindowsclub.blog/de/how-to-mount-read-or-format-ext4-on-windows-11/ |titel=So mounten, lesen oder formatieren Sie EXT4 unter Windows&nbsp;11 |werk=TheWindowsClubBlog (TWCB) |datum=2023-09-28 |abruf=2023-10-28 |zitat=EXT4 ist ein natives Linux-Dateisystem und bis vor nicht allzu langer Zeit konnte man unter Windows nicht darauf zugreifen. Dank WSL2 (Windows Subsystem für Linux Version&nbsp;2) können Sie EXT4 jetzt jedoch unter Windows&nbsp;11 mounten, lesen und formatieren.}}</ref>
}}
Das '''ext4''' ({{enS|fourth extended filesystem}}) ist das vierte {{lang|en|[[extended filesystem]]}}, das für den [[Linux (Kernel)|Linux]]-Kernel entwickelt wurde. Es ist der Nachfolger von [[ext3]] und wie dieses ein [[Journaling-Dateisystem]]. Anders als bei ext3 ist das Journaling jedoch auch abschaltbar.
== Geschichte ==
ext4 wurde am 10. Oktober 2006 von [[Andrew Morton (Programmierer)|Andrew Morton]] vorgestellt. Ab der Version 2.6.19 war eine vorläufige Testversion offizieller Bestandteil des Linux-Kernels.<ref>[https://www.heise.de/newsticker/meldung/Linux-Dateisystem-ext4-im-Kernel-2-6-19-170659.html Linux-Dateisystem ext4 im Kernel 2.6.19] auf [[heise.de]], 12. Oktober 2006</ref> Mit dem Erscheinen von Linux 2.6.28 am 24. Dezember 2008 verließ ext4 das Haupt&shy;entwicklungs&shy;stadium<ref>[https://www.heise.de/newsticker/meldung/Linux-Kernel-2-6-28-erschienen-192271.html Linux-Kernel 2.6.28 erschienen] auf heise open, 25. Dezember 2008</ref> und gilt als stabil. In Linux 4.3 wurde der Code des nativen Treibers für ext3 endgültig entfernt. Der ext4-Treiber unterstützt zukünftig weiterhin ext3.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.golem.de/news/betriebssysteme-in-linux-4-3-fehlt-der-ext3-treiber-1509-116294.html |titel=In Linux 4.3 fehlt der Ext3-Treiber |autor=Jörg Thoma |werk=[[Golem.de]] |datum=2015-09-15 |abruf=2015-09-15}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=http://article.gmane.org/gmane.linux.kernel/2031297 |titel=Re: &#x5B;GIT PULL&#x5D; Ext3 removal, quota & udf fixes |autor=[[Linus Torvalds]] |werk=[[Gmane]].linux.kernel |datum=2015-09-02 |abruf=2015-09-15 |offline=ja |archiv-url=https://web.archive.org/web/20170220095125/http://article.gmane.org/gmane.linux.kernel/2031297 |archiv-datum=2017-02-20}}</ref>
== Technische Eigenschaften ==
''ext4'' benutzt 48 [[Bit]] große Blocknummern (ext3 hatte 32 Bit) und unterstützt so [[Partition (Datenträger)|Partitionen]] oder {{lang|en|[[Volume (Datenspeicher)|Volumes]]}}, die bis zu 1&nbsp;[[Yobibyte|YiB]]<ref name=kerneldoc /> groß sind ({{lang|en|Volumes}} größer als 16&nbsp;[[Tebibyte|TiB]] erst ab [[e2fsprogs]] Version 1.42 vom 29. November 2011), im Gegensatz zu [[ext3]], das nur 32&nbsp;[[Tebibyte|TiB]] zulässt (abhängig von der Größe einer [[Speicherseite]] in der jeweiligen Maschinenarchitektur, bei [[IA-32]] zum Beispiel sind nur maximal 2<sup>32</sup> · 4&nbsp;[[Kibibyte|KiB]] = 16&nbsp;TiB möglich). Auch kann die Adressierung von Dateien über ''Extents'' erfolgen, wobei Speichereinheiten zu einem zusammenhängenden Block zusammengefasst werden. Dies führt zu einer Reduzierung des Zusatzaufwands ([[Random-Access Memory|RAM]], [[Eingabe und Ausgabe|E/A]]-Zugriffe und [[Transaktion (Informatik)|Transaktionen]]) für große Dateien, weil nur die Nummer des ersten Blocks und deren Anzahl gespeichert werden muss (und nicht jeder Block einzeln) und kann die Leistung im Betrieb steigern.
Seit Veröffentlichung im Kernel 2.6.19 sind folgende Verbesserungen implementiert worden:<ref name="man_Ext4(5)">{{Internetquelle |titel=EXT4(5) File Formats Manual |datum=2023-12-22 |url=http://man7.org/linux/man-pages/man5/ext4.5.html |abruf=2024-03-12 |sprache=en}}</ref>
* ab Kernel 2.6.23: mehr als 32.000 [[Verzeichnisstruktur|Unterverzeichnisse]] (Verzeichnisse: <code>dir_nlink</code>, Dateien: <code>large_dir</code>)
* ab Kernel 2.6.25: maximale Dateigröße so groß wie das gesamte Dateisystem (<code>huge_file</code>)
* ab Kernel 2.6.28: ext4 gilt als stabil
* ab Kernel 2.6.33: [[Trim (Befehl)|TRIM]]-Unterstützung (u.&nbsp;a. Parameter <code>discard</code> beim [[Mounten|Einhängen]])
* ab Kernel 3.0: multiple mount protection (<code>mmp</code>)
* ab Kernel 3.2: clustered block allocation (<code>bigalloc</code>)
* ab Kernel 3.6: quota inodes in superblock (<code>quota</code>)
* ab Kernel 3.8: data stored in inode and extended attribute area (<code>inline_data</code>)
* ab Kernel 3.16: more extreme version of sparse_super (<code>sparse_super2</code>)
* ab Kernel 3.18: metadata checksumming (<code>metadata_csum</code>)
* ab Kernel 4.1: support for file-system level encryption (<code>encrypt</code>)
* ab Kernel 4.4: store the metadata checksum seed in the superblock (<code>metadata_csum_seed</code>)
* ab Kernel 4.5: project quota (<code>project</code>)
* ab Kernel 4.13: Maximale Anzahl und Größe von erweiterten Attributen pro Datei erhöht (<code>ea_inode</code>)
* ab Kernel 4.13: Maximale Anzahl von Dateien per Verzeichnis erhöht (<code>large_dir</code>)
* ab Kernel 5.2: [[Case sensitivity]] kann nun optional ausgeschaltet werden (<code>casefold</code>)<ref name="heiseonline_4424484">{{Heise online |ID=4424484 |Titel=Kernel-Log: Linux 5.2 |Autor=Thorsten Leemhuis |Datum=2019-06-28 |Artikelseite=2 |Seitentitel=Ext4-Dateisystem kann jetzt Groß- und Kleinschreibung ignorieren |SeitenURL=https://www.heise.de/ct/artikel/Linux-5-2-Performance-zurueckgewinnen-und-selbstbeschreibender-Kernel-4424484.html?seite=2 |Zugriff=2019-06-30 |Zitat=Entwickler haben dieses "Casefold Feature"-Feature entwickelt, um es bei Android einzusetzen – bislang nutzt das Mobilbetriebssystem einen eher uneleganten Hack in Form einer "Wrapfs" genannten Zwischenschicht, um Case Insensitivity mit Ext4 zu erzielen.}}</ref>
* ab Kernel 5.4: Unterstützung von mit ''verity'' geschützten Dateien (<code>verity</code>)
* ab Kernel 5.5: Unterstützung von als ''stable'' markierten ''inode'' Nummern und ''UUIDs'' (<code>stable_inodes</code>)
Jede dieser Verbesserungen in einer neuen ext4-Version im Linux-Kernel bringt es mit sich, dass damit formatierte {{lang|en|Volumes}}, z.&nbsp;B. auf (Wechsel-)datenträgern, auf einem anderen System mit älterer Version des Kernels nicht gelesen werden können,<ref name="Example_01">{{Internetquelle |titel=Lesen eines Datenträgers wegen neuer Funktionen von Ext4 nicht möglich |werk=[[Stack Exchange]] |datum=2017-04-14 |url=https://unix.stackexchange.com/questions/287159/linux-couldnt-mount-rdwr-because-of-unsupported-optional-features-400 |abruf=2020-04-28 |sprache=en}}</ref> sofern man auf dem Datenträger die neu hinzugekommenen Funktionen nicht zuvor abschaltet, wofür Hilfsprogramme zur Verfügung stehen.<ref name="man_tune2fs">{{Internetquelle |titel=tune2fs(8) - Linux man page |datum=2020-04-30 |url=http://man7.org/linux/man-pages/man8/tune2fs.8.html |abruf=2020-05-01 |sprache=en}}</ref> Die meisten Distributionen verwenden beim Formatieren Voreinstellungen, die bestimmte neuere Funktionen automatisch aktivieren.<ref name="man_mke2fs.conf">{{Internetquelle |titel=mke2fs.conf(5) - Linux man page |datum=2020-04-30 |url=http://man7.org/linux/man-pages/man5/mke2fs.conf.5.html |abruf=2020-05-01 |sprache=en}}</ref>
Weitere Verbesserungen gegenüber [[ext3]]/[[ext2]]:
; Extents
: Die wichtigste Neuerung in ext4. Andere Dateisysteme wie z.&nbsp;B. [[Journaled File System|JFS]] oder [[XFS (Dateisystem)|XFS]] bieten diese Funktion schon lange. Es bringt Geschwindigkeitsvorteile bei der Verwaltung großer Dateien und beugt der Fragmentierung vor.<ref>[https://ext4.wiki.kernel.org/index.php/Ext4_Howto#Extents Ext4 Wiki: Extents]</ref><ref>[https://www.heise.de/ct/artikel/Das-Linux-Dateisystem-Ext4-221262.html Das Linux-Dateisystem Ext4]</ref><ref>[http://kernelnewbies.org/Ext4#head-7c5fd53118e8b888345b95cc11756346be4268f4 Linux Kernel Newbies - ext4]</ref>
:Funktionsspezifische [[mount (Unix)|mount]]-Optionen: extent.<ref>[http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=blob_plain;h=6a4adcae9f9a699d624a0bb114f8e0d5f86161c5;f=Documentation/filesystems/ext4.txt Kerneldoc zu ext4]{{Toter Link|date=2018-04 |url=http://git.kernel.org/?p=linux%2Fkernel%2Fgit%2Ftorvalds%2Flinux-2.6.git%3Ba%3Dblob_plain%3Bh%3D6a4adcae9f9a699d624a0bb114f8e0d5f86161c5%3Bf%3DDocumentation%2Ffilesystems%2Fext4.txt}}</ref> Diese Option ist nicht in der [[Manpage]] gelistet, da sie standardmäßig genutzt wird, wenn eine entsprechende ext4-Partition damit eingerichtet wurde oder eine bestehende ext3-Partition zu einer ext4-Partition mit der <code>tune2fs</code> Option <code>-O extent</code> konvertiert wurde.
; Verbesserte [[Zeitstempel]]
: ext4 bietet Zeitstempel auf [[Nanosekunde]]n-Basis.<ref>[http://kernelnewbies.org/Ext4#head-c212d1622081e592caa73b9e14511cee45fb989b Linux Kernel Newbies - ext4]</ref> Des Weiteren Unterstützung für Datei-Erzeugt-Datumsstempel (crtime).
; Online-[[Defragmentierung]]
: Defragmentierung, während die Partition eingehängt ist. Funktion derzeit noch nicht fertiggestellt.<ref>[https://ext4.wiki.kernel.org/index.php/Ext4_Howto#Online_defragmentation Ext4 Wiki: Ext4 Howto – Online defragmentation]</ref>
; Journal mit [[Prüfsumme]]nunterstützung
: Diese Funktion ist abwärtskompatibel zu älteren Kernelversionen und wird von diesen ignoriert.
: Funktionsspezifische mount-Optionen: journal_checksum<ref name="mount-man-page">[http://man.he.net/man8/mount man-page zu mount - ext4 mount options]</ref>
; Mehrfache Voraballokation von Dateiblöcken und Inodes
: Resultiert in effizienteren Schreibvorgängen.<ref>Proceedings of the Linux Symposium 2008 ''{{Webarchiv|url=http://ols.fedoraproject.org/OLS/Reprints-2008/kumar-reprint.pdf |wayback=20100331074732 |text=PDF}}'' Kapitel 2.3, 2.4</ref>
: Funktionsspezifische mount-Optionen: nomballoc, mballoc (beide nicht in man-pages gelistet),<ref>Proceedings of the Linux Symposium 2008 ''{{Webarchiv|url=http://ols.fedoraproject.org/OLS/Reprints-2008/kumar-reprint.pdf |wayback=20100331074732 |text=PDF}}'' Kapitel 1</ref> oldalloc, orlov (default)
; Zeitverzögerte [[Allokation (Informatik)|Allokation]] von Dateiblöcken und Inodes.
: Derzeit nur im „data=writeback“-Journaling-Modus, spätere Versionen sollen auch den „data=ordered“-Modus unterstützen. Resultiert in weniger CPU-Last und weniger Fragmentierung.<ref>Proceedings of the Linux Symposium 2008 ''{{Webarchiv|url=http://ols.fedoraproject.org/OLS/Reprints-2008/kumar-reprint.pdf |wayback=20100331074732 |text=PDF}}'' Kapitel 3, 4</ref>
: Funktionsspezifische mount-Optionen: nodelalloc, delalloc<ref name="mount-man-page" />
; [[Trim (Befehl)|TRIM]]-Unterstützung
: Seit Kernel 2.6.33 kann über die Mountoption discard/nodiscard festgelegt werden, ob ext4 das Freiwerden von Speicherbereichen per TRIM-Befehl an das eingehängte Gerät meldet; unterstützt wird dies von [[Solid-State-Drive|SSDs]] und dem [[Device Mapper]] (bei „thin provisioning“).<ref>[http://www.mjmwired.net/kernel/Documentation/filesystems/ext4.txt Ext4 in der Kerneldokumentation]</ref>
Bei bestehenden ext3-Partitionen können einige der ext4-Features ohne [[Formatierung|Neuformatierung]] aktiviert werden.<ref>Thorsten Leemhuis: ''[https://www.heise.de/ct/artikel/Die-wichtigsten-Neuerungen-von-Linux-2-6-19-222007.html Drei Dateisysteme dazu]'' auf heise open, 30. November 2006</ref><ref>Linux Kernel Newbies ''[http://kernelnewbies.org/Ext4#head-3891522e0601162aab24c73c1f148a1e28c6a9d4 Migrate existing Ext3 filesystems to Ext4]''</ref>
ext2- und ext3-Partitionen können [[Mounten|eingehängt]] werden, als wären sie ext4-Partitionen. Daraus ergeben sich durch Optimierung im ext4-Treiber bereits kleine Leistungsgewinne.
== Transparente Verschlüsselung ==
Seit Kernel 4.1 unterstützt ext4 Verschlüsselung. Diese wurde zunächst von Google entwickelt<ref>{{Internetquelle |url=http://kernsec.org/files/lss2014/Halcrow_EXT4_Encryption.pdf |titel=EXT4 Encryption Harder, Better, Faster, Stronger |hrsg=Google |abruf=2018-06-19 |sprache=en}}</ref> und in ext4 direkt eingebaut; seit Kernel 4.6 ist die Verschlüsselung unter dem Namen [[fscrypt]] eine eigene Bibliothek im Linux-Kernel,<ref name=":0">{{Internetquelle |url=https://www.kernel.org/doc/html/latest/filesystems/fscrypt.html |titel=Filesystem-level encryption (fscrypt) — The Linux Kernel documentation |abruf=2018-06-19 |sprache=en}}</ref> welche über Hooks in Dateisystemen genutzt werden kann. Neben ext4 haben derzeit [[F2FS]] und [[UBIFS]] Unterstützung für fscrypt implementiert.<ref name=":0" /> Das Keyhandling wird über den Kernelkeyring gemanagt.
Mit e4crypt existiert eine Referenzimplementation für ein Userspace-Tool zum Anlegen von Schlüsseln und Aktivieren der Verschlüsselung für Verzeichnisse. Eine alternative Implementation sind die Tools fscryptctl und fscrypt.<ref>{{Internetquelle |url=https://github.com/google/fscryptctl |titel=google/fscryptctl |abruf=2018-06-19 |sprache=en}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://github.com/google/fscrypt |titel=google/fscrypt |abruf=2018-06-19 |sprache=en}}</ref>
Voraussetzungen:
* Blocksize des ext4-Dateisystems muss zur Pagesize des Systems passen
* Kernel ab 4.1 notwendig.
Eigenschaften:
* Transparente Verschlüsselung. D.&nbsp;h. kein extra Softwarelayer wird auf das Dateisystem aufgesetzt wie z.&nbsp;B. bei ecryptfs. Es lassen sich einzelne Ordner oder das ganze Dateisystem verschlüsseln.
* Keyhandling über Keyring des Kernels.
* Verschlüsselung erfolgt Ordnerweise: Es wird ein leeres Verzeichnis erstellt und diesem anschließend eine Policy (ein Key) vergeben. Danach kann man in dieses Verzeichnis Dateien kopieren und Ordner anlegen, die in Folge alle verschlüsselt sind.
* Ein verschlüsseltes Verzeichnis kann nur verschlüsselte Dateien enthalten.
* Verschlüsselung kann bei Erstellung des ext4-Dateisystems oder nachträglich aktiviert werden.
* Salt und Passphrasenhash werden im Superblock des ext4-Dateisystems abgelegt. Daraus wird der Key gebildet.
* Es können mehrere Keys für verschiedene Verzeichnisse verwendet werden.
Nachteile:
* Dateiattribute wie Datum und Größe bleiben weiter unverschlüsselt. Lediglich der Inhalt der Datei und ihr Name werden verschlüsselt.
* Das Verzeichnis '/' darf nicht verschlüsselt werden, beim Versuch dies zu tun, wird ab Kernel 4.13 eine Fehlermeldung generiert.
* Unverschlüsselte Dateien können nicht nachträglich verschlüsselt werden, dazu müssen sie in einen verschlüsselten Ordner kopiert werden.
== Nachteile ==
Zeitverzögerte Allokation von Dateiblöcken und Inodes erhöht das Risiko von Datenverlust bei Abstürzen oder Stromausfall. In Kernel Version 2.6.30 wurde dieses Problem gegenüber früheren Versionen entschärft.
== Siehe auch ==
* [[Liste von Dateisystemen]]
== Weblinks ==
* [https://www.kernel.org/doc/html/latest/admin-guide/ext4.html kernel.org: Dokumentation] (englisch)
* [https://ext4.wiki.kernel.org/ Ext4-Wiki] (englisch)
* [https://www.heise.de/ct/artikel/Das-Linux-Dateisystem-Ext4-221262.html heise open: Das Linux-Dateisystem Ext4]
== Einzelnachweise ==
<references />
[[Kategorie:Journaling-Dateisystem]]
[[Kategorie:Linux-Betriebssystemkomponente]]
[[Kategorie:Freies Dateisystem]]
[[Kategorie:Linux-Software]]
= Quelle =
# https://de.wikipedia.org/wiki/Ext4
# https://de.wikipedia.org/wiki/Ext4

Version vom 6. September 2025, 01:43 Uhr

Vorlage:Infobox Dateisystem

Das ext4 () ist das vierte Vorlage:Lang, das für den Linux-Kernel entwickelt wurde. Es ist der Nachfolger von ext3 und wie dieses ein Journaling-Dateisystem. Anders als bei ext3 ist das Journaling jedoch auch abschaltbar.

Geschichte

ext4 wurde am 10. Oktober 2006 von Andrew Morton vorgestellt. Ab der Version 2.6.19 war eine vorläufige Testversion offizieller Bestandteil des Linux-Kernels.[1] Mit dem Erscheinen von Linux 2.6.28 am 24. Dezember 2008 verließ ext4 das Haupt­entwicklungs­stadium[2] und gilt als stabil. In Linux 4.3 wurde der Code des nativen Treibers für ext3 endgültig entfernt. Der ext4-Treiber unterstützt zukünftig weiterhin ext3.[3][4]

Technische Eigenschaften

ext4 benutzt 48 Bit große Blocknummern (ext3 hatte 32 Bit) und unterstützt so Partitionen oder Vorlage:Lang, die bis zu 1 YiB[5] groß sind (Vorlage:Lang größer als 16 TiB erst ab e2fsprogs Version 1.42 vom 29. November 2011), im Gegensatz zu ext3, das nur 32 TiB zulässt (abhängig von der Größe einer Speicherseite in der jeweiligen Maschinenarchitektur, bei IA-32 zum Beispiel sind nur maximal 232 · 4 KiB = 16 TiB möglich). Auch kann die Adressierung von Dateien über Extents erfolgen, wobei Speichereinheiten zu einem zusammenhängenden Block zusammengefasst werden. Dies führt zu einer Reduzierung des Zusatzaufwands (RAM, E/A-Zugriffe und Transaktionen) für große Dateien, weil nur die Nummer des ersten Blocks und deren Anzahl gespeichert werden muss (und nicht jeder Block einzeln) und kann die Leistung im Betrieb steigern.

Seit Veröffentlichung im Kernel 2.6.19 sind folgende Verbesserungen implementiert worden:[6]

  • ab Kernel 2.6.23: mehr als 32.000 Unterverzeichnisse (Verzeichnisse: dir_nlink, Dateien: large_dir)
  • ab Kernel 2.6.25: maximale Dateigröße so groß wie das gesamte Dateisystem (huge_file)
  • ab Kernel 2.6.28: ext4 gilt als stabil
  • ab Kernel 2.6.33: TRIM-Unterstützung (u. a. Parameter discard beim Einhängen)
  • ab Kernel 3.0: multiple mount protection (mmp)
  • ab Kernel 3.2: clustered block allocation (bigalloc)
  • ab Kernel 3.6: quota inodes in superblock (quota)
  • ab Kernel 3.8: data stored in inode and extended attribute area (inline_data)
  • ab Kernel 3.16: more extreme version of sparse_super (sparse_super2)
  • ab Kernel 3.18: metadata checksumming (metadata_csum)
  • ab Kernel 4.1: support for file-system level encryption (encrypt)
  • ab Kernel 4.4: store the metadata checksum seed in the superblock (metadata_csum_seed)
  • ab Kernel 4.5: project quota (project)
  • ab Kernel 4.13: Maximale Anzahl und Größe von erweiterten Attributen pro Datei erhöht (ea_inode)
  • ab Kernel 4.13: Maximale Anzahl von Dateien per Verzeichnis erhöht (large_dir)
  • ab Kernel 5.2: Case sensitivity kann nun optional ausgeschaltet werden (casefold)[7]
  • ab Kernel 5.4: Unterstützung von mit verity geschützten Dateien (verity)
  • ab Kernel 5.5: Unterstützung von als stable markierten inode Nummern und UUIDs (stable_inodes)

Jede dieser Verbesserungen in einer neuen ext4-Version im Linux-Kernel bringt es mit sich, dass damit formatierte Vorlage:Lang, z. B. auf (Wechsel-)datenträgern, auf einem anderen System mit älterer Version des Kernels nicht gelesen werden können,[8] sofern man auf dem Datenträger die neu hinzugekommenen Funktionen nicht zuvor abschaltet, wofür Hilfsprogramme zur Verfügung stehen.[9] Die meisten Distributionen verwenden beim Formatieren Voreinstellungen, die bestimmte neuere Funktionen automatisch aktivieren.[10]

Weitere Verbesserungen gegenüber ext3/ext2:

Extents
Die wichtigste Neuerung in ext4. Andere Dateisysteme wie z. B. JFS oder XFS bieten diese Funktion schon lange. Es bringt Geschwindigkeitsvorteile bei der Verwaltung großer Dateien und beugt der Fragmentierung vor.[11][12][13]
Funktionsspezifische mount-Optionen: extent.[14] Diese Option ist nicht in der Manpage gelistet, da sie standardmäßig genutzt wird, wenn eine entsprechende ext4-Partition damit eingerichtet wurde oder eine bestehende ext3-Partition zu einer ext4-Partition mit der tune2fs Option -O extent konvertiert wurde.
Verbesserte Zeitstempel
ext4 bietet Zeitstempel auf Nanosekunden-Basis.[15] Des Weiteren Unterstützung für Datei-Erzeugt-Datumsstempel (crtime).
Online-Defragmentierung
Defragmentierung, während die Partition eingehängt ist. Funktion derzeit noch nicht fertiggestellt.[16]
Journal mit Prüfsummenunterstützung
Diese Funktion ist abwärtskompatibel zu älteren Kernelversionen und wird von diesen ignoriert.
Funktionsspezifische mount-Optionen: journal_checksum[17]
Mehrfache Voraballokation von Dateiblöcken und Inodes
Resultiert in effizienteren Schreibvorgängen.[18]
Funktionsspezifische mount-Optionen: nomballoc, mballoc (beide nicht in man-pages gelistet),[19] oldalloc, orlov (default)
Zeitverzögerte Allokation von Dateiblöcken und Inodes.
Derzeit nur im „data=writeback“-Journaling-Modus, spätere Versionen sollen auch den „data=ordered“-Modus unterstützen. Resultiert in weniger CPU-Last und weniger Fragmentierung.[20]
Funktionsspezifische mount-Optionen: nodelalloc, delalloc[17]
TRIM-Unterstützung
Seit Kernel 2.6.33 kann über die Mountoption discard/nodiscard festgelegt werden, ob ext4 das Freiwerden von Speicherbereichen per TRIM-Befehl an das eingehängte Gerät meldet; unterstützt wird dies von SSDs und dem Device Mapper (bei „thin provisioning“).[21]

Bei bestehenden ext3-Partitionen können einige der ext4-Features ohne Neuformatierung aktiviert werden.[22][23] ext2- und ext3-Partitionen können eingehängt werden, als wären sie ext4-Partitionen. Daraus ergeben sich durch Optimierung im ext4-Treiber bereits kleine Leistungsgewinne.

Transparente Verschlüsselung

Seit Kernel 4.1 unterstützt ext4 Verschlüsselung. Diese wurde zunächst von Google entwickelt[24] und in ext4 direkt eingebaut; seit Kernel 4.6 ist die Verschlüsselung unter dem Namen fscrypt eine eigene Bibliothek im Linux-Kernel,[25] welche über Hooks in Dateisystemen genutzt werden kann. Neben ext4 haben derzeit F2FS und UBIFS Unterstützung für fscrypt implementiert.[25] Das Keyhandling wird über den Kernelkeyring gemanagt.

Mit e4crypt existiert eine Referenzimplementation für ein Userspace-Tool zum Anlegen von Schlüsseln und Aktivieren der Verschlüsselung für Verzeichnisse. Eine alternative Implementation sind die Tools fscryptctl und fscrypt.[26][27]

Voraussetzungen:

  • Blocksize des ext4-Dateisystems muss zur Pagesize des Systems passen
  • Kernel ab 4.1 notwendig.

Eigenschaften:

  • Transparente Verschlüsselung. D. h. kein extra Softwarelayer wird auf das Dateisystem aufgesetzt wie z. B. bei ecryptfs. Es lassen sich einzelne Ordner oder das ganze Dateisystem verschlüsseln.
  • Keyhandling über Keyring des Kernels.
  • Verschlüsselung erfolgt Ordnerweise: Es wird ein leeres Verzeichnis erstellt und diesem anschließend eine Policy (ein Key) vergeben. Danach kann man in dieses Verzeichnis Dateien kopieren und Ordner anlegen, die in Folge alle verschlüsselt sind.
  • Ein verschlüsseltes Verzeichnis kann nur verschlüsselte Dateien enthalten.
  • Verschlüsselung kann bei Erstellung des ext4-Dateisystems oder nachträglich aktiviert werden.
  • Salt und Passphrasenhash werden im Superblock des ext4-Dateisystems abgelegt. Daraus wird der Key gebildet.
  • Es können mehrere Keys für verschiedene Verzeichnisse verwendet werden.

Nachteile:

  • Dateiattribute wie Datum und Größe bleiben weiter unverschlüsselt. Lediglich der Inhalt der Datei und ihr Name werden verschlüsselt.
  • Das Verzeichnis '/' darf nicht verschlüsselt werden, beim Versuch dies zu tun, wird ab Kernel 4.13 eine Fehlermeldung generiert.
  • Unverschlüsselte Dateien können nicht nachträglich verschlüsselt werden, dazu müssen sie in einen verschlüsselten Ordner kopiert werden.

Nachteile

Zeitverzögerte Allokation von Dateiblöcken und Inodes erhöht das Risiko von Datenverlust bei Abstürzen oder Stromausfall. In Kernel Version 2.6.30 wurde dieses Problem gegenüber früheren Versionen entschärft.

Siehe auch

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ Linux-Dateisystem ext4 im Kernel 2.6.19 auf heise.de, 12. Oktober 2006
  2. ↑ Linux-Kernel 2.6.28 erschienen auf heise open, 25. Dezember 2008
  3. ↑
  4. ↑
  5. ↑ Referenzfehler: Es ist ein ungültiger <ref>-Tag vorhanden: Für die Referenz namens kerneldoc wurde kein Text angegeben.
  6. ↑
  7. ↑ Vorlage:Heise online
  8. ↑
  9. ↑
  10. ↑
  11. ↑ Ext4 Wiki: Extents
  12. ↑ Das Linux-Dateisystem Ext4
  13. ↑ Linux Kernel Newbies - ext4
  14. ↑ Kerneldoc zu ext4Vorlage:Toter Link
  15. ↑ Linux Kernel Newbies - ext4
  16. ↑ Ext4 Wiki: Ext4 Howto – Online defragmentation
  17. ↑ 17,0 17,1 man-page zu mount - ext4 mount options
  18. ↑ Proceedings of the Linux Symposium 2008 Vorlage:Webarchiv Kapitel 2.3, 2.4
  19. ↑ Proceedings of the Linux Symposium 2008 Vorlage:Webarchiv Kapitel 1
  20. ↑ Proceedings of the Linux Symposium 2008 Vorlage:Webarchiv Kapitel 3, 4
  21. ↑ Ext4 in der Kerneldokumentation
  22. ↑ Thorsten Leemhuis: Drei Dateisysteme dazu auf heise open, 30. November 2006
  23. ↑ Linux Kernel Newbies Migrate existing Ext3 filesystems to Ext4
  24. ↑
  25. ↑ 25,0 25,1
  26. ↑
  27. ↑

Quelle

  1. https://de.wikipedia.org/wiki/Ext4
Abgerufen von „https://wiki.foxtom.de/index.php?title=Ext4&oldid=152542“