Что такое файловая система

Полезные данные, такие как файлы и каталоги, напрямую на диск не записываются. Между разделом диска и файлами существует прослойка в виде файловой системы.

Файловая система — это средство, которое определяет различные правила работы с файлами, например:

• как данные будут располагаться на диске;
• как будет происходить запись, поиск, чтение или удаление файлов;
• какие метаданные будут использоваться;
• как обезопасить файлы от порчи (например при некорректном выключении компьютера);

Метаданные — это данные о данных, например файл содержит какие-то данные, а метаданные это:

• дата создания файла;
• пользователь создавший этот файл;
• тип файла;
• права доступа к этому файлу;
• и подобная информация о файле.

Разные файловые системы имеют разные ограничения, например:

• максимальный размер раздела;
• наибольший размер файла;
• максимальная длина имени файла.

В этой статье пробежимся по файловым системам, которые можно выбрать при установки Debian 11 и Ubuntu 22.04. При установке Debian 11 вы можете выбрать следующие файловые системы:

Установщик Ubuntu 22.04 имеет несколько меньший выбор:

Далее пробежимся по этим файловым системам:

• Ext2
• Ext3
• Ext4
• btrfs
• JFS
• XFS
• FAT16
• FAT32

Файловые системы семейства ext

EXT (Extended File System) — расширенная файловая система.

Ext2 была создана в январе 1993 года для linux, вот её особенности:

• не журналируемая;
• максимальная длина имени файла — 255B;
• максимальный размер файла — 16GB-2TB (в зависимости от размера кластера);
• максимальный размер раздела — 2TB-32TB (в зависимости от размера кластера);
• поддержка POSIX ACL.

Ext2 старая файловая система без журнала, но достаточно быстрая. Современные системы Linux могут работать с этой файловой системой.

---

Ext3 была создана в ноябре 1999 года и также стала применяться по умолчанию во многих дистрибутивах Linux. Единственное улучшение — это добавление журналирования (что сделало файловую систему надежнее, но медленнее).

---

Ext4 была создана в октябре 2006 года, но стабильная версия появилось в октябре 2008 года. Она сейчас является самой распространенной файловой системой для Linux. Убрали некоторые ограничения и оптимизировали:

• максимальный размер файла — 16 GB-16 TB (в зависимости от размера кластера);
• наибольший размер раздела — 1 EB (1048576 TB);
• максимальная длина имени файла — 255 B;
• время изменения файлов протоколируется точнее;
• упростилась работа с крупными файлами;
• была оптимизирована скорость работы.

На данный момент по моему мнению EXT4 лучший выбор для Linux систем.

btrfs

btrfs — это более функциональная и сложная файловая система чем ext4. Начали разрабатывать для Linux в 2007 году, а в 2014 году признали стабильной. Вот некоторые интересные функции:

• снимки состояния, которые позволяют запомнить состояние на определенный момент времени всех файлов и вернуться к этому состоянию в последующем. Полезно когда вы случайно удалили что-то важное или какой-то вирус зашифровал все ваши данные на компьютере;
• создание RAID конфигурации на уровне файловой системы;
• сжатие данных, когда данные при создании автоматически сжимаются экономя свободное место на диске;
• дедупликация данных. Когда есть два или более одинаковых файла, то они занимают размер только одного файла, что очень экономит пространство на жестком диске;
• контрольные суммы для данных и метаданных, что повышает надежность файловой системы;
• дефрагментация данных на лету;
• квоты на разделы;
• динамическая аллокация inode;
• максимальный размер файла 16 EB;
• наибольший размер раздела 16 EB;
• максимальный размер имени файла 255 B;

Из минусов: файловая система не так проверена временем как ext4, активно использует оперативную память и работает медленнее чем ext4.

JFS

JFS — это журналированная файловая система. На момент выхода в свет в 1999 году была наиболее производительной из существовавших файловых систем. Сейчас по функциональности сравнима с ext4, но менее популярна.

Вот некоторые её особенности:

• максимальная длина имени файла 255 B;
• максимальный размер файла 4 PB (4000 TB);
• максимальный размер раздела 32 PB (32000 TB);
• контрольные суммы;
• поддержка acl.

Так как по функциональности эта файловая система сравнима с ext4, но по характеристикам и популярности отстаёт, то в Ubintu установщик уже не предлагает использовать её. Можно использовать, если у вас будут храниться файлы размером более 16 ТБ, хотя и в этом случае лучше выбрать XFS.

XFS

XFS — это журналированная файловая система. Особенно хорошо работает с большими неизменяемыми файлами. Имеет следующие особенности:

• максимальная длина имени файла 255 B;
• наибольший размер файла 9 EB;
• максимальный размер раздела 9 EB;
• автоматическая аллокация и высвобождение inode;
• дефрагментация «на лету»;

Минусы:

• низкая производительность при работе с большим количеством файлов;
• невозможность уменьшить размер существующей файловой системы.

Эта файловая система позволит хранить просто огромные файлы, размер которых может достигать 9 EB.

Файловые системы семейства fat

Эти файловые системы могут работать в linux но создавались они для windows. Могут подойти для хранения файлов, но не для работы программ. Основной недостаток FAT — медленная работа с файлами:

• fat16 — максимальный раздел 2 GB, в настоящее время потеряла свою актуальность;
• fat32 — максимальный раздел 2 TB, для работы приложений не подходит, максимум можно использовать для хранения информации на флеш накопителе.

Итог

• В настоящее время рекомендуется использовать ext4 для работы Linux систем, а если вам нужны дополнительные функции можно изучить и использовать btrfs, если планируете хранить крупные файлы то можно попробовать xfs.
• Также если вам важнее скорость чем надежность можно использовать ext2, так как в ней нет журнала она должна работать быстрее чем ext4.
• Ну а fat32 можно использовать для хранения информации на флеш накопителе.

Кроме перечисленных файловых систем Linux может работать и с другими, например ntfs или zfs. Но так как их нельзя выбирать при установке, они были опущены. На этом сайте я планирую познакомить вас с файловой системой zfs, так как имею большой опыт работы с ней, но не в этом курсе, а в отдельных статьях.

---