Qu’est-ce que Ext4 (Ext2, Ext3) – Système de fichiers Linux?

Chaque système de fichiers a ses avantages et ses inconvénients. Dans cet article, nous examinerons en détail les caractéristiques du système de fichiers Linux EXT (Ext 2, Ext3, Ext4).

Contenu

1. Qu'est-ce que le système de fichiers EXT?
2. Évolution du système de fichiers EXT. L'historique des versions.
3. Caractéristiques du système de fichiers Ext4
4. Avantages et inconvénients du système de fichiers Ext4
5. La structure du système de fichiers EXT
6. Vaut-il la peine de désactiver le journaling?
7. Comment ouvrir un disque EXT sous Windows?
8. Les meilleures alternatives au système de fichiers EXT

Qu’est-ce que le système de fichiers EXT?

Le système de fichiers EXT (Extended File System) a été conçu spécialement pour le système d’exploitation Linux. Les créateurs d’EXT avaient pour objectif principal de dépasser la taille maximale des fichiers pouvant être écrits, qui était alors de seulement 64 Mo. Grâce à la création d’une nouvelle structure de métadonnées, la taille maximale des fichiers possibles a été augmentée à 2 Go. Dans le même temps, la longueur maximale des noms de fichiers a été augmentée à 255 octets.

Remy Card, le concepteur en chef du système de fichiers EXT, admirait le système de fichiers UFS, de sorte que certaines de ses fonctionnalités ont été transmises à EXT.

Même si Linux prend en charge un grand nombre de systèmes de fichiers, EXT est préféré car il a été construit sur le noyau Linux.

Bien que EXT ait surmonté les principaux inconvénients du système de fichiers Minix (qui était utilisé dans Linux à l’époque), son principal inconvénient était les horodatages. EXT ne permettait qu’un seul horodatage par fichier. Pour cette raison, le développement d’EXT a continué, et dans les versions ultérieures, il a été constamment amélioré et de nouvelles fonctionnalités ont été ajoutées.

Il est devenu très populaire non seulement parmi les utilisateurs de Linux, mais aussi parmi les propriétaires de smartphones Android. C’est pourquoi Android utilise par défaut le système de fichiers Ext4.

Évolution du système de fichiers EXT. L’historique des versions.

Comme mentionné précédemment, bien que le système de fichiers EXT ait surmonté les limitations du système de fichiers Minix, il avait encore beaucoup d’inconvénients. C’est pourquoi le développement de EXT n’a pas cessé et trois autres versions ont été ajoutées dans le futur.

Ext2

Tout comme la précédente, Ext2 a été créée par Remy Card. Ce système de fichiers a vu le jour en janvier 1993.

L’innovation la plus importante était que les données sont maintenant écrites en blocs de longueur égale. Cela a permis d’augmenter considérablement les performances du système de fichiers. De plus, l’utilisation de blocs de données permet d’augmenter la taille maximale des fichiers stockés. Maintenant, c’était 2 To au lieu de 2 Go. La longueur du nom de fichier était toujours de 255 octets.

Mais Ext2 avait plusieurs inconvénients. Le plus gros problème était le manque de journalisation. Si une panne de courant se produisait pendant l’écriture des fichiers sur le disque, le système de fichiers serait corrompu et il était assez difficile de récupérer.

Dans certains cas, le manque de journalisation était un avantage certain. Par exemple, Ext2 est plus rapide que Ext3. C’est pourquoi, dans certains cas, Ext2 est encore utilisé aujourd’hui. De plus, le manque de journalisation réduit la charge sur les disques SSD. C’est pourquoi certaines entreprises utilisent Ext2 et utilisent RAID comme protection des données.

Pour plus de détails sur RAID, vous pouvez lire l’article « RAID – qu’est-ce que c’est et comment l’utiliser?« 

Un autre inconvénient du système de fichiers Ext2 était la fragmentation élevée des données qui entraînait une perte de performances. C’est-à-dire que lors de l’écriture, le fichier était divisé en plusieurs parties, puis elles étaient écrites dans différentes parties du disque dur. Ainsi, le processus de lecture prenait plus de temps. Plus il y avait d’informations stockées sur le disque, plus la vitesse de lecture/écriture des données était faible.

C’est pourquoi le développement du système de fichiers EXT ne s’est pas arrêté à cette version et en novembre 2001, la version suivante – Ext3 – est apparue.

Ext3

Le système de fichiers Ext3 est une version améliorée de Ext2. Les informations sont toujours écrites en blocs de données de même longueur et la taille maximale des fichiers reste la même – 2 To.

Cependant, il inclut la journalisation, une technologie qui réduit considérablement le risque de perte de données.

L’essence est la suivante – le système de fichiers marque toutes les modifications prévues dans la structure des données. En cas de panne de courant, le système lit instantanément les informations du « journal » et les fichiers ne sont pas perdus.

Ext3 prend en charge trois niveaux de journalisation:

1. Journal – le système de fichiers écrit à la fois les métadonnées et les données utilisateur dans le journal, garantissant ainsi virtuellement une récupération réussie du système de fichiers en cas de panne de courant. Cependant, cette méthode dégrade le plus sévèrement les performances du système de fichiers.
2. Writeback – d’abord, les métadonnées sont écrites dans le journal, puis les informations sont écrites dans le système de fichiers. Il n’y a pas de synchronisation des métadonnées et des informations dans le système de fichiers. Ce niveau de journalisation est le plus rapide car il n’y a pas besoin de validation. Le principal inconvénient est cependant que si quelque chose arrive au système, vous perdrez les données.
3. Ordered (journalisation ordonnée) – le processus d’écriture est effectué dans un certain ordre: d’abord, les métadonnées sont écrites dans le journal, puis les données utilisateur sont écrites dans le système de fichiers. Ensuite, les métadonnées sont connectées aux fichiers sur le disque. En cas de panne de courant, seuls les fichiers écrits sur le disque à ce moment-là « disparaissent ». La structure du système de fichiers n’est pas endommagée.

Le système de fichiers Ext3 est devenu assez populaire et a été utilisé jusqu’à la version suivante – Ext4.

Ext4

Ext4 – a été introduit en 2008 et est actuellement la dernière version du système de fichiers EXT. Il utilise les principes de base de Ext3, mais la vitesse a été considérablement augmentée (elle est même plus rapide que dans Ext2), la taille maximale des fichiers a été augmentée à 16 Go, la prise en charge des disques jusqu’à 1 Exaoctet a été ajoutée, et bien plus encore.

Il y a assez d’innovations. Allez au point suivant de cet article pour en savoir plus.

Caractéristiques du système de fichiers Ext4

Bien que le système de fichiers Ext4 utilise les concepts de base d’Ext3, il comporte de nombreuses innovations qui en ont fait sa popularité.

Premièrement, la méthode d’enregistrement des fichiers basée sur l’espace est utilisée dans Ext4 pour améliorer les performances. Cela signifie que le système de fichiers alloue la surface avant que le fichier ne soit écrit sur le disque, puis écrit les données à la fin de celle-ci.

Le système de fichiers Ext4 a ajouté pour la première fois une compatibilité ascendante avec Ext2 et Ext3. Par exemple, vous pouvez monter automatiquement Ext3 en utilisant le pilote Ext4.

La prochaine innovation est l’introduction des extent. Le problème est que dans les anciennes versions, les blocs de données de fichier sont affichés à l’ancienne, c’est-à-dire que tous les blocs appartenant à un certain fichier sont affichés. Cela impose certaines limitations lors de la manipulation de gros fichiers. Par exemple, cela réduit les performances.

L’implémentation des extent permet d’afficher un grand nombre de blocs consécutifs d’informations avec un seul descripteur. Cette approche augmente les performances du système de fichiers de plusieurs fois. Le système ne stocke que l’adresse du premier et du dernier bloc de données, qui correspond à un gros fichier.

La réduction de la fragmentation des fichiers en allouant des blocs de mémoire de manière plus efficace est une autre innovation. Avant d’écrire un fichier, Ext4 met en évidence les blocs qui sont à proximité afin de réduire le temps nécessaire pour trouver le bon bloc lors de la lecture des données.

Ext4 dispose d’une fonctionnalité d’allocation différée, qui alloue des blocs de mémoire immédiatement avant l’écriture des fichiers sur le disque. Une telle solution permet de réduire la charge sur la mémoire cache et donc d’augmenter les performances.

Il est désormais possible de créer un nombre illimité de sous-répertoires sans perte de performances. La raison en est que Ext4 utilise une structure de données HTree, qui est une version de l’arbre B adaptée spécialement pour Ext4.

Une innovation qui améliore les performances et la sécurité en même temps est la mise en œuvre de sommes de contrôle de journal. Cette méthode vérifie constamment les blocs de données pour la corruption. Cela réduit à son tour le temps de journalisation et augmente les performances.

Une vérification rapide du système de fichiers est désormais disponible. La façon dont elle a été mise en œuvre est la suivante: dans Ext4, les tables d’inodes et les groupes de blocs libres sont marqués. Cela signifie que seuls les blocs contenant des données seront vérifiés lors de la vérification du système de fichiers.

Une nouvelle fonctionnalité est e4defrag, qui vous permet de défragmenter à la fois le disque entier et des fichiers individuels. La réduction de la fragmentation non seulement rend le système plus rapide, mais réduit également la charge sur le processeur, etc.

Comme vous pouvez le constater, il y a plusieurs innovations, et elles améliorent grandement la sécurité et les performances. C’est exactement ce dont les utilisateurs ont besoin. C’est pourquoi Ext4 est si populaire aujourd’hui.

Avantages et inconvénients du système de fichiers Ext4

Malgré l’introduction de nouvelles fonctionnalités et des améliorations de performance, le système de fichiers Ext4 présente également de nombreux inconvénients. Par conséquent, avant de commencer à l’utiliser sur votre disque, nous suggérons à l’utilisateur de comparer ses avantages et ses inconvénients.

Les avantages d’Ext4 comprennent les suivants:

1. Journalisation – le système de fichiers conserve un journal des modifications, de sorte qu’en cas de défaillance, vous pouvez restaurer la structure du système de fichiers sans aucun problème;
2. Prise en charge du chiffrement – les utilisateurs peuvent désormais chiffrer leurs données sans dégradation des performances;
3. Haute stabilité – le système de fichiers Ext4 peut contrôler son état par lui-même. Cela se fait à l’aide de sommes de contrôle de journal. De plus, plus de 10 ans se sont écoulés depuis la sortie d’Ext4, et pendant ce temps, il s’est avéré être un système de fichiers très fiable;
4. Pris en charge par défaut dans de nombreuses distributions – ce qui signifie que vous disposerez de tous les outils Ext4 dont vous avez besoin dès le départ. Il est également utilisé dans les cartes mémoire des smartphones Android, ce qui signifie que vous n’aurez pas besoin d’installer de logiciel supplémentaire pour travailler avec les données du smartphone;
5. Développement actif – à ce jour, les développeurs travaillent activement à l’amélioration d’Ext4. Vous obtiendrez constamment de nouvelles opportunités pour travailler avec les données;
6. Faible fragmentation – vous obtenez un système de fichiers très rapide. Souvent, le manque de fragmentation est le facteur décisif lorsqu’il s’agit de choisir un système de fichiers à utiliser sur des lecteurs flash et des supports amovibles;
7. Un grand nombre de limites – lors de la création du système de fichiers, un certain nombre d’inodes sont créés, qui sont nécessaires pour écrire les fichiers. Dans certains systèmes de fichiers, le nombre d’inodes peut être trop petit et l’utilisateur ne pourra pas écrire un nouveau fichier même s’il y a de l’espace libre sur le disque. Cela peut arriver si vous avez beaucoup de petits fichiers. Heureusement, Ext4 n’a pas ce problème et il y a suffisamment d’inodes pour les utilisateurs et les systèmes de serveur.

Malheureusement, les inconvénients d’Ext4 sont également assez nombreux. Parmi les plus importants, on peut citer:

1. Manque de prise en charge des fonctionnalités de système de fichiers de nouvelle génération – Ext4 ne prend pas en charge la gestion de volume, la déduplication de données, etc.;
2. Manque de vérification de somme de contrôle pour les données – cela rend impossible la détection de la corruption des données due à des défaillances matérielles;
3. Scalabilité médiocre – malgré le fait que la taille maximale d’une partition est de 1 exaoctet, en réalité, si vous créez des partitions plus grandes que 100 téraoctets, les performances sont très lentes;
4. Manque de prise en charge de la compression transparente et du chiffrement transparent – ces technologies sont encore à l’état expérimental;
5. Les inodes occupent jusqu’à 10 % de l’espace de la partition – si moins d’inodes sont alloués lors de la création du système de fichiers, il est possible qu’ils s’épuisent et que l’utilisateur ne puisse pas écrire de nouveaux fichiers même si le disque dispose d’un espace libre;

Maintenant, vous pouvez comparer les avantages et les inconvénients du système de fichiers Ext4 et décider vous-même si vous voulez l’utiliser ou non.

La structure du système de fichiers EXT

La structure du système de fichiers EXT est la même que celle de la plupart des systèmes de fichiers UNIX. Schématiquement, elle peut être représentée comme suit:

Ainsi, plusieurs composants principaux peuvent être distingués dans la structure de EXT:

1. Superbloc – situé au début du système de fichiers (généralement dans les premiers 1024 octets de la partition). Le système crée automatiquement plusieurs copies du superbloc, car il ne peut pas fonctionner sans. Le superbloc stocke des informations de base sur le système de fichiers, telles que:
   1. le nombre total de blocs de données et d’inodes pour l’ensemble du système de fichiers;
   2. le nombre d’inodes et de blocs de données libres dans lesquels des fichiers peuvent être écrits;
   3. la taille de l’inode et du bloc de données (ces données sont spécifiées lors de la création du système de fichiers);
   4. des informations sur le système de fichiers – heure de montage, dernières modifications, etc.
2. Immédiatement après le superbloc, il y a une table globale des descripteurs de groupe de blocs (Table de description de groupe). Cette table décrit les premiers et derniers blocs pour chaque groupe de blocs, ainsi que des informations sur l’emplacement de la table d’inodes dans chaque groupe, le début des blocs de données, etc.
3. Bitmap de blocs est une table spéciale qui spécifie quels blocs dans un groupe sont utilisés et lesquels sont libres. Cette information est utilisée lors de l’allocation d’informations de blocs. 0 signifie que le bloc est libre et 1 signifie que le bloc est occupé.
4. Bitmap d’inodes – est le même que le bitmap de blocs, mais affiche des informations sur les inodes libres, qui peuvent être utilisées pour écrire de nouveaux fichiers.
5. Blocs de données – les blocs physiques de mémoire alloués où les données utilisateur sont stockées.

La structure du système de fichiers est à peu près la même pour Ext2, Ext3 et Ext4. Seule la fonctionnalité de chaque version du système de fichiers EXT diffère.

Vaut-il la peine de désactiver le journaling?

Le principal objectif du journaling est de garantir que la structure du système de fichiers puisse être restaurée en cas de défaillance ou de coupure de courant soudaine. Cependant, le processus de journaling nécessite du temps et des ressources. Par conséquent, certains utilisateurs décident de désactiver le journaling pour obtenir de meilleures performances.

Cela dépend de la situation, car la désactivation du journaling n’a de sens que si vous disposez de fonctionnalités avancées de protection des données (par exemple, si vous utilisez RAID 5).

Si vous n’avez pas de sécurité supplémentaire, ne désactivez pas le journaling car le gain de performance est très faible, tandis que le risque de perdre des données importantes est plusieurs fois plus élevé.

Cependant, si vous décidez de désactiver le journaling, assurez-vous de protéger vos données importantes en les sauvegardant, en utilisant un ensemble RAID ou au moins en utilisant une alimentation sans interruption.

Comment ouvrir un disque EXT sous Windows?

Le système d’exploitation Windows utilise nativement le système de fichiers NTFS. Par conséquent, dès que vous branchez un disque formaté en EXT, Ext2, Ext3, Ext4, vous recevez immédiatement une notification indiquant que le système de fichiers du disque n’est pas pris en charge.

La première (et la meilleure) méthode consiste à utiliser le programme RS Partition Recovery. Ce programme est facile à utiliser. Il suffit de l’installer sur votre ordinateur. Ensuite, vous pouvez immédiatement connecter le disque Ext2,3,4 et travailler avec les données. Vous n’avez même pas besoin de redémarrer votre ordinateur.

Mais surtout, RS Partition Recovery vous permet de récupérer des données perdues si quelque chose se passe avec le système de fichiers ou avec le fichier lui-même. Par exemple, si vous avez accidentellement supprimé un fichier, pas de problème. Si vous avez formaté le disque avec des informations importantes, ce n’est pas grave. RS Partition Recovery récupérera vos données.

Nous tenons également à mentionner la prise en charge de TOUTES les systèmes de fichiers modernes, ce qui fait de RS Partition Recovery un outil universel qui devrait être dans l’arsenal de tous ceux qui travaillent avec des données.

La deuxième méthode consiste à installer le pilote EXT2FSD qui ajoute la prise en charge du système de fichiers Ext 2, 3 ou 4 sous Windows.

Le principal inconvénient de cette méthode est que le pilote EXT2FSD entre parfois en conflit avec les pilotes Windows, et au lieu de la prise en charge promise de EXT, vous pouvez obtenir un système d’exploitation non fonctionnel. De plus, les tentatives de restauration de la fonctionnalité de Windows peuvent souvent entraîner la perte de données importantes. Non seulement sur le disque C:, mais aussi sur le disque externe (s’il était connecté à l’ordinateur au moment de la défaillance).

La troisième méthode consiste à installer un plug-in spécial pour Total Commander appelé ext4tc. Cette méthode a également des pièges. Tout d’abord, vous devrez acheter Total Commander lui-même, puis installer le plug-in ext4tc en plus.

De plus, parfois après l’installation du plug-in ext4tc, le gestionnaire de fichiers plante. Par conséquent, vous devez être prudent lorsque vous manipulez des données importantes.

Nous recommandons fortement de ne pas risquer des informations importantes, car parfois cela coûte plus cher que tout l’ordinateur et les programmes. C’est pourquoi il est préférable d’utiliser la première méthode décrite ci-dessus.

Les meilleures alternatives au système de fichiers EXT

De plus en plus d’informations circulent sur le web selon lesquelles, étant donné que Ext4 ne prend pas en charge les fonctionnalités de nouvelle génération, le système d’exploitation Linux passera bientôt à Btrfs. C’est pourquoi de nombreux utilisateurs se demandent s’il vaut mieux utiliser Ext4 ou s’il est préférable d’installer un système de fichiers alternatif comme Btrfs ou un autre.

La décision appartient à l’utilisateur, mais il est vrai que Ext4 ne prend pas en charge de nombreuses fonctionnalités actuelles. Ainsi, si vous souhaitez utiliser un système de fichiers éprouvé mais êtes prêt à renoncer à de nombreuses fonctionnalités modernes, votre choix se portera sur Ext4. Il est stable, largement pris en charge et fonctionne bien.

Si vous souhaitez disposer d’un système de fichiers moderne qui prendra en charge toutes les nouvelles fonctionnalités et, en même temps, ne craignez pas de traiter avec un écosystème quelque peu moins mature, Btrfs est votre choix. De plus, vous serez un pas en avant, car la plupart des distributions Linux l’utiliseront bientôt par défaut.

Si vous recherchez le meilleur système de fichiers pour votre serveur et que vous recherchez la fiabilité et un risque minimal de perte de données, la meilleure alternative est le système de fichiers ZFS. Il y a une chose à savoir: vous devrez lire beaucoup d’informations et apprendre beaucoup de commandes pour l’utiliser de manière aussi efficace que possible.

L’utilisation ou non du système de fichiers EXT appartient à chacun. Nous espérons qu’après avoir lu cet article, vous pourrez faire le choix qui convient le mieux à vos besoins.