extended filesystem

Alsextended filesystemwerden eine Reihe vonDateisystemenbezeichnet, die für dasLinux-Betriebssystementwickelt wurden. Da sie imQuelltextdesLinux-Kernelsintegriert sind, stehen sie, wie dieser, unter derGPLv2.AlsquelloffeneSoftware wurden die Dateisysteme auf zahlreiche weitere Betriebssysteme portiert.

Dasextended-Dateisystem war das erste, das auf das zu diesem Zeitpunkt in den Linux-Kernel integriertevirtuelle Dateisystem(VFS) implementiert wurde.Die erste Version wurde mitextabgekürzt, alle darauffolgenden Versionen haben die fortlaufende Nummer hintan gestellt:ext2,ext3undext4.Gebräuchlich ist auch die Abkürzung fürfile systemam Ende, also z. B.ext2fsoderEXT4-fs.

Zum Erstellen und Warten der Dateisysteme werden diee2fsprogsbenötigt.

Versionen

Bei der Entwicklung wurde großes Augenmerk auf erweiterbare Strukturen gelegt.

ext

Die erste Version desextended filesystem,kurzext,war ab Kernel-Version 0.96c vom April 1992 Teil von Linux. Es wurde als Erweiterung für dasMinix-Dateisystementwickelt, das bis dahin verwendet worden war. Wie dieses basiert auchextaufInode-Tabellen, erweitert jedoch die maximale Länge vonDateinamenvon 14 auf 255 Zeichen sowie die maximale Dateigröße auf 2GiB.

Das ersteextended-Dateisystem wurde komplett durchext2ersetzt und mit Version 2.1.21 aus dem Linux-Kernel entfernt.

ext2

→Hauptartikel:ext2

Vergleich der in Linux 1993 verfügbaren Dateisysteme und deren Limits

Dateisystem	max. Größe (210)		max. Länge von Dateinamen
	pro Datei	proVolume
Minix	32 MiB	32 MiB	30 Zeichen
ext	2 GiB	2 GiB	255 Zeichen
Xia	32 MiB	2 GiB	248 Zeichen
ext2	2 GiB	4 TiB	255 Zeichen

Bereits im Januar 1993 gab es die erste Alpha-Version dessecond extended filesystem,kurzext2,das das bestehendeextended-Dateisystem um zusätzliche Fähigkeiten erweiterte. Als Vorbild diente dasUnix File System(UFS),das z. B. auch von vielenBSD-Derivaten genutzt (und verbessert) wurde. So wurde die maximale Größe des Dateisystems auf 2 TiB erhöht (was später abermals erhöht wurde) und auch dieZeitstempelwurden umModification, Access, Changeerweitert.

Es gab zur gleichen Zeit, Anfang 1993, mitXiabzw.xiafs(benannt nach dessen Entwickler Frank Xia)einen weiteren Ansatz, der bereits stabiler war alsext2,jedoch nicht so leicht erweiterbar. DasXia-Dateisystem basierte direkt auf dem Minix-Dateisystem und war nebenext2in den Kernel integriert worden. Boten anfangs beide Dateisysteme dieselben Fähigkeiten, so wurdeext2durch die aktive Weiterentwicklung nicht nur stabiler (und damitxiafsebenbürtig), auch konnten aufgrund des erweiterbaren Designs neue Funktionen und Fähigkeiten relativ einfach hinzugefügt werden. 2002 warext2das erste Linux-Dateisystem, auf dem diePOSIXACLsimplementiert wurden.(„xiafs “wurde mit Kernel-Version 2.1.21 aus Linux entfernt, gemeinsam mit dem erstenextended filesystem„ext “.)

Die Limits wurden später erweitert und hängen auch mit Beschränkungen im Kernel selbst zusammen, denn vor Linux-Kernel 2.4 wurden auf keinem Dateisystem Dateien mit über 2 GiB Größe unterstützt.Die maximale Dateisystemgröße (Volume-Größe) vonext2hängt zusätzlich von der verwendeten Blockgröße ab – bei 8-KB-Blöcken darf das Dateisystem max. 32 TiB groß sein.

Dassecond extended filesystemwar lange Zeit das Standard-Dateisystem von Linux. Die originale ext2-Implementierung wurde mit Kernel 6.9 2024 alsveraltetmarkiert, weil sie nicht weiterentwickelt wird und u. a. vomJahr-2038-Problembetroffen ist.

ext3

→Hauptartikel:ext3

Mit demthird extended filesystemoderext3wurde 2001Journalingeingeführt. Der Treiber fürext3wurde mit Kernel 4.3 entfernt, daext4alle nötigen Funktionen mitbringt.

ext4

→Hauptartikel:ext4

Dasfourth extended filesystemoderext4wird seit 2006 entwickelt und ist das aktuelle Dateisystem der Familie. Es wurde als Modernisierung fürext2/3in Linux-Kernel 2.6.19 aufgenommen und gilt seit Version 2.6.28 von Ende 2008 als stabil.

Kompatibilität

Der Dateisystemtreiber fürext4kann seit Kernel-Version 2.6.27 auchext2- undext3-Dateisystemeeinhängen,ohne die Strukturen zu verändern.Dabei bleibt das Dateisystem auf demVolumeunverändert im jeweiligen Format, sodass es auch von älteren Dateisystemtreibern fürext2oderext3weiterhin uneingeschränkt verwendet werden kann.

Da die Dateisysteme aufbauend gestaltet sind, kann immer einUpgradeeines bestehendenextended-Dateisystems durchgeführt werden. Um beispielsweise aus einemext2- einext3-Dateisystem zu machen, muss lediglich einJournalhinzugefügt werden:

tune2fs -j /dev/DEV

Dabei werden jedoch neuere Funktionen nur teilweise umgesetzt. So bleibt z. B. in jedem Fall das Größenlimit desVolumesbei der Erstellung erhalten, auch wenn das Dateisystem in eine neuere Version mit eigentlich erweiterten Limits konvertiert wurde.

Umgekehrt kann durch Entfernen des Journals aus einemext3- wieder einext2-Dateisystem gemacht werden, wenn es ursprünglich alsext2-Dateisystem erstellt wurde bzw. wenn die weiteren aktivierten Funktionen und Strukturen dies gestatten:

tune2fs -O ^has_journal /dev/DEV

Dertune2fs-Parameter-Ogibt an, welche Fähigkeit hinzugefügt werden soll; einZirkumflex,^,bedeutet, dass die Fähigkeit entfernt bzw. ausgeschaltet werden soll.

Um ein bestehendesextended-Dateisystem zu einemext4-Dateisystem zu machen, müssen dessen Grundfunktionen aktiviert werden:

tune2fs -O extent,uninit_bg,dir_index,has_journal /dev/DEV

Durch die Aktivierung vonExtentserhalten neu erstellte Dateien immer diese neue Fähigkeit, sodass ein Rückkonvertieren anschließend nicht mehr möglich ist. Bestehende Dateien nutzen hingegen keineExtents,was jedoch mit einem Durchlauf vone2fscknachgeholt werden kann.

Da das Dateisystem ständig weiterentwickelt wird und neue Fähigkeiten bzw. Funktionen hinzugefügt werden, können neuere Dateisysteme teilweise nicht von älteren Treibern verwendet werden. Der Linux-Kernel gibt dann eine Fehlermeldung aus, mit demFlagder inkompatiblen Funktion in Klammern:

EXT4-fs (DEV): couldn't mount RDWR because of unsupported optional features (400)

In diesem Beispiel bedeutet die Kernel-Meldung (die mittelsdmesgangezeigt werden kann), dass das Dateisystem nicht beschreibbar ist, (RDWRsteht fürread-write,also Lesen und Schreiben), wegen der Funktion mit der Kennung0x400.In der Dokumentation ist herauszufinden, dass dies die 2012 eingeführte Funktionmetadata_csumist.Wenn man diese nun abschaltet, kann man das Dateisystem auch auf älteren Kernel-Versionen einsetzen. Diese Vorgehensweise funktioniert jedoch nicht bei allen Funktionen.

tune2fs -O ^metadata_csum /dev/DEV

Gegengleich kann man damit auf älteren Dateisystemen neuere Funktionen aktivieren. Dies geschieht aus gutem Grund nicht automatisch, denn nur so bleibt die Kompatibilität gewahrt. So wird z. B. eineext4-Partition auf einer externen Festplatte, die auf einem sehr modernen System eingehängt und beschrieben wird, auch weiterhin mit dem älteren System funktionieren, auf dem sie ursprünglich formatiert wurde. Das Programmdumpe2fsgibt Aufschluss darüber, welche Funktionen aktuell auf einemVolumemitextended-Dateisystem aktiviert sind:

dumpe2fs -h /dev/DEV

Jahr-2038-Problem

→Hauptartikel:Jahr-2038-Problem

Allen Versionen bis inklusiveext4ist gemein, dass sie grundsätzlich vomJahr-2038-Problembetroffen sind bzw. im Fall vonext4betroffen waren, da die Speicherung derZeitstempel2007mit Kernel 2.6.23 von 32 auf 34 Bits erweitert wurde.Dabei war allerdings ein Fehler bei der Konvertierung der ursprünglichen 32-Bit-Unixzeitin 64-Bit (denn die Verarbeitung von 34 Bits erfolgt als 64-Bit-Wert) passiert, der zwischen 2014 und 2016und schließlich mit Linux-Kernel 4.3.6 vom 19. Februar 2016korrigiert wurde.

Voraussetzung ist eine Inode-Größe von mindestens 256 Bits (der ursprüngliche Standard beiext2waren 128 Bits) und angepasstee2fsprogs,die ab Version 1.40extra_isizeunterstützen.Mit Version 1.43.x (2016) und neuer kanne2fsckdie fehlerhaften 34-Bit-Zeitstempel auch korrigieren.

Wird einext2- oderext3-Dateisystem um die Extra-Inode, mit oder ohne die um 2 Bits vergrößerten Zeitstempel, erweitert, lässt es sich fortan allerdings nur noch alsext4-Dateisystem einhängen:

#mount -t ext2 /dev/sda1 /boot

#mount | grep "sda1"
/dev/sda1 on /boot type ext2 (rw,errors=remount-ro,user_xattr,acl)

#dmesg -t | tail -n1
ext2 filesystem being mounted at /boot supports timestamps until 2038 (0x7fffffff)

#umount /dev/sda1

#dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep "features"
dumpe2fs 1.45.5 (07-Jan-2020)
Filesystem features: ext_attr resize_inode dir_index filetype sparse_super large_file

#dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep "Inode size"
dumpe2fs 1.45.5 (07-Jan-2020)
Inode size: 128

#e2fsck -f /dev/sda1

#tune2fs -O extra_isize /dev/sda1

#tune2fs -I 256 /dev/sda1

#dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep "features"
dumpe2fs 1.45.5 (07-Jan-2020)
Filesystem features: ext_attr resize_inode dir_index filetype sparse_super large_file extra_isize

#dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep "Inode size"
dumpe2fs 1.45.5 (07-Jan-2020)
Inode size: 256

#mount -t ext2 /dev/sda1 /boot
mount: /boot: Falscher Dateisystemtyp, ungültige Optionen, der Superblock von /dev/sda1 ist beschädigt, fehlende Kodierungsseite oder ein anderer Fehler.

#dmesg -t | tail -n1
EXT2-fs (sda1): error: couldn't mount RDWR because of unsupported optional features (40)

#mount -t ext4 /dev/sda1 /boot

#dmesg -t | tail -n1
EXT4-fs (sda1): mounted filesystem without journal. Opts: errors=remount-ro

Weblinks

• Udo Seidel:The ext filesystem – a four-generation retrospective.In:Linux Magazine.November 2013;abgerufen am 25. November 2022(englisch).