linux系统文件 随机读写,[06-23]讨论☆F2FS与EXT4,文件系统对随机读写的影响。

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F2FS与EXT4,文件系统对随机读写的影响

“文件系统”是存储和组织数据的方法,可以笼统理解为文件存放的“格式”。在windows平台大家比较常见的是FAT16/32、NTFS,在Linux平台的文件系统类型就很多了,EXT2、EXT3、EXT4、NFS、SMB都有。而现在安卓阵营普遍使用的文件系统是EXT4,正在有向F2FS转变的趋势。

F2FS(Flash Friendly File System,直译为闪存友好型文件系统)最早是三星电子的金载极设计给Linux内核的系统使用的,其具体提升在优化引索速度,提升小文件传输速度,大幅提升随机读写性能,但现在有空间占用稍大和轻微的兼容性问题。

伴随着该技术的工程师从三星跳槽到摩托罗拉,最后跳到了华为,这个技术也先后在Moto和华为/荣耀的机型上大规模使用。最早在2013年的Moto X上,已经使用了F2FS文件系统(当年的moto确实很有前瞻性)。但比较特殊的是,三星手机的官方系统,反而还在使用传统的EXT4文件系统,而一加3T的官方系统已经在用F2FS了。

比起厂家,第三方开发者就要热心很多了,2014年已经有XDA的玩家把F2FS文件系统用在索尼XperiaZ1的第三方内核上了,CM13以上的系统和很多第三方ROM都已经在用F2FS了。

F2FS作为一个软件技术,它最感人的地方在于,它不但可以用在UFS上,也可以用在性能孱弱、已经“过气”的eMMC上,大幅提升随机读写性能,老旧机型也能因此受益。想体验新文件系统的老机型用户,可以通过TWRP recovery进行手动转换。大家可以在终端模拟器中通过mount的命令查看手机使用的文件系统。

虽然F2FS文件系统会有一定的加成,但在顺序读/写测试,特别是持续写入性能,依旧是和闪存类型与容量直接挂钩的。而在随机读取,特别是随机写入上,F2FS带来的提升简直就是压倒性的(可以套用调侃:大多数人的努力程度之低,根本用不着拼先天天赋)。当中,虽然荣耀V9和一加3T的闪存容量相同,但前者成绩高了一倍,这里主要原因很可能是闪存单双通道上的先天差别。

一人成文,难免会有疏漏,还有望各位机友的交流和指正,愿天下再也没有抽中eMMC的爱国者。

### 文件系统特性优劣分析 #### 1. **设计背景适用场景** EXT4EXT 系列文件系统的最新版本,它继承了早期版本的特性,并增加了许多改进,如支持更大的文件系统、更快的文件访问速度等。EXT4 被设计为一种通用文件系统,适用于各种类型的存储设备,从传统的硬盘驱动器到固态硬盘都能良好工作 [^3]。 F2FS(Flash-Friendly File System)则是专为闪存存储设备设计的一种文件系统。随着 SSD 其他非易失性存储技术的发展,F2FS 成为了一个重要的选择,因为它优化了这些存储介质的特性,例如磨损均衡垃圾回收机制 [^2]。 #### 2. **性能表现** 在性能方面,EXT4 提供了良好的兼容性稳定性,特别是在处理大文件大量文件时表现出色。然而,由于其设计初衷并非针对闪存设备,因此在某些情况下可能不如专门为此类设备设计的文件系统表现优异 [^3]。 F2FS 在闪存设备上的性能优化使其在读写速度上有显著优势,尤其是在随机读写操作上。这种优化使得 F2FS 成为了移动设备嵌入式系统的理想选择,因为这些设备通常依赖于 NAND 闪存作为主要存储介质 [^2]。 #### 3. **可靠性维护** EXT4 支持日志功能,这有助于防止数据丢失并在系统崩溃后恢复文件系统的一致性。此外,EXT4 的广泛使用意味着有大量的工具支持资源可用 [^3]。 F2FS 同样提供了日志功能来保证数据一致性,并且通过特定的设计减少了写入放大效应,延长了存储设备的使用寿命。不过,由于 F2FS 相对较新,其社区支持工具链可能不如 EXT4 成熟 [^2]。 #### 4. **配置管理** 对于用户来说,EXT4 的配置相对简单,大多数 Linux 发行版都默认包含对 EXT4 的支持,这意味着用户几乎不需要额外安装软件即可使用 [^3]。 相比之下,使用 F2FS 可能需要用户手动安装 f2fs-tools,以便创建管理 F2FS 文件系统。尽管如此,随着 F2FS 的普及,越来越多的发行版开始预装这些工具 [^4]。 #### 5. **代码示例** 以下是使用 `f2fs-tools` 创建 F2FS 文件系统的简单示例: ```bash # 安装 f2fs-tools sudo apt-get install f2fs-tools # 创建一个 256MB 的空文件 dd if=/dev/zero of=./data.img bs=1M count=256 # 将 data.img 格式化为 F2FS 文件系统 mkfs.f2fs data.img # 创建挂载点并挂载 mkdir ./temp_mnt sudo mount ./data.img ./temp_mnt # 卸载 temp_mnt sudo umount temp_mnt ```
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