ext4 - рабочая лошадь Linux-ФС

Зачем именно ext4

ext4 - default на Debian/Ubuntu/Linux Mint/Arch-based и многих других. Хорошо изучен, инструментарий вырос за 15 лет, recovery-кейсов больше всего. По сравнению с предшественниками:

Если задача "поставить любую ФС и забыть" - ext4. Если у тебя миллионы мелких файлов или один файл на терабайт - смотри на xfs или btrfs.

Журналирование

Главное отличие от ext2 - journal (журнал). Когда меняется метаданные (inode/директории/bitmap), сначала пишется план изменений в кольцевой журнал, потом сами изменения. Краш до commit'а журнала - откатываемся, после - дочитываем журнал и применяем.

Три режима, выбираются mount -o data=...:

Для БД иногда выгодно data=writeback + WAL приложения берёт на себя crash-safety. Для контейнерного хоста - default.

Журнал лежит на той же ФС в специальном inode (8). Можно вынести на отдельный быстрый диск:

mke2fs -O journal_dev /dev/nvme0n1

mke2fs -t ext4 -J device=/dev/nvme0n1 /dev/sda1

Inode density - неизменяемая характеристика

При mkfs.ext4 определяется число inode = размер_ФС / bytes-per-inode. Default - 1 inode на 16 KiB. На 1 TiB ФС это ~67M inode'ов, по умолчанию.

Что важно: нельзя добавить inode'ов после mkfs. df -i покажет использование. Если уперлись в 100% inode при свободных гигабайтах - только пересоздать ФС.

Для систем с миллионами мелких файлов (mail-spool, кэш) - повышай плотность:

# 1 inode на 4 KiB - в 4 раза больше

mkfs.ext4 -i 4096 /dev/sdb1

# Или через профиль из /etc/mke2fs.conf

mkfs.ext4 -T news /dev/sdb1

Для гигантских файлов (видео, бэкапы) - уменьшай (-i 65536), экономишь место и ускоряешь fsck.

Block size

Default 4 KiB на x86. Поддерживается 1/2/4 KiB. Не меняй без причины:

• 4K - оптимум под page size ядра
• <4K - тратится больше overhead

• 4K - не поддерживается на x86 (на ARM/POWER можно 16K, 64K)

noatime, relatime, lazytime

По POSIX каждое чтение должно обновлять atime (inode). Это запись на каждое чтение - убийственно для производительности.

Для прода - noatime или lazytime. Современные дистро ставят relatime по дефолту.

UUID=...  /  ext4  defaults,noatime,lazytime,errors=remount-ro  0 1

Полезные mkfs/tune2fs опции

# Создание

mkfs.ext4 -L data -m 1 -E lazy_itable_init=1,lazy_journal_init=1 /dev/sdb1

• -L LABEL - метка
• -m N - резерв для root (default 5% - на 10TB это 500GB!)
• -E lazy_itable_init=1 - не зануляет inode table при создании (намного быстрее на больших дисках; фоновый процесс зануляет потом)
• -O ^has_journal - без журнала (только если знаешь зачем, например: внешний journal_dev уже задан, или раздел временный)
• -T usage_type - news, largefile, largefile4

Тюнинг существующей:

tune2fs -l /dev/sda1                  # параметры ФС

tune2fs -m 1 /dev/sda1                # уменьшить reserved до 1%

tune2fs -L data /dev/sda1             # сменить label

tune2fs -O ^has_journal /dev/sda1     # отключить журнал (опасно)

tune2fs -c 0 -i 0 /dev/sda1           # отключить mount-count и time-based fsck

Online resize и shrink

ext4 поддерживает grow и shrink на размонтированной ФС:

# Grow (online или offline)

resize2fs /dev/sda1                   # до полного размера раздела

resize2fs /dev/sda1 100G              # до 100 GiB

# Shrink (только offline)

umount /dev/sda1

e2fsck -f /dev/sda1                   # обязательная проверка

resize2fs /dev/sda1 50G

В отличие от xfs (только grow) - это плюс ext4.

fsck

Только на размонтированной ФС:

umount /mnt/data

e2fsck -f /dev/sda1                   # -f форсирует даже на "clean"

e2fsck -y /dev/sda1                   # -y "yes на все вопросы" (для скриптов)

Для root-партиции есть errors=remount-ro в fstab - при ошибке ФС автоматически перемонтируется в RO. Подробнее в fsck-and-recovery.

Когда что-то пошло не так

• No space left при свободном GB - закончились inode (df -i). Удалить мелкие файлы или пересоздать ФС с -i 4096.
• Read-only file system - errors=remount-ro сработал. Смотри dmesg | grep EXT4-fs для причины. Часто - bad sector.
• Файлы пропали после краша - data=writeback без [[mount-and-fstab|fsync]] из приложения. Уроки: fsync(), O_DSYNC для критичных данных.
• Очень медленно после mkfs на большом диске - lazy_itable_init=1 ещё работает в фоне. dmesg | grep ext4 покажет.
• tune2fs: Filesystem has unsupported feature(s) - старый дистро не знает фичу. Посмотри dumpe2fs -h /dev/sdX | grep features, обнови e2fsprogs.
• 5% reserved bytes - на больших дисках -m 1 или -m 0. Reserved нужен только для root-FS чтобы при заполнении система могла продолжать работать.

Проверка состояния

dumpe2fs -h /dev/sda1                 # супер-блок без деталей групп

debugfs -R 'stat <inode>' /dev/sda1   # детали конкретного inode

filefrag -v /path/to/file             # фрагментация конкретного файла

e4defrag /path                        # online defrag (редко нужен)