¿Qué es Ext4 (Ext2, Ext3) – Sistema de archivos de Linux?

Cada sistema de archivos tiene sus ventajas y desventajas. En este artículo, examinaremos detalladamente las características del sistema de archivos Linux EXT (Ext 2, Ext3 Ext4).

Contenido

1. ¿Qué es el sistema de archivos EXT?
2. Evolución del sistema de archivos EXT. La historia cambiante en las versiones.
3. Características del sistema de archivos Ext4
4. Ventajas y desventajas del sistema de archivos Ext4
5. La estructura del sistema de archivos EXT
6. ¿Vale la pena desactivar el registro de diario?
7. ¿Cómo abrir una unidad EXT en Windows?
8. Las mejores alternativas al sistema de archivos EXT

¿Qué es el sistema de archivos EXT?

El sistema de archivos EXT (Extended File System) fue diseñado especialmente para el sistema operativo Linux. El objetivo principal que los creadores de EXT tenían en mente era superar el tamaño máximo de los archivos escribibles, que en ese momento era de solo 64 MB. Gracias a la creación de una nueva estructura de metadatos, el tamaño máximo posible de los archivos se aumentó a 2 GB. Al mismo tiempo, la longitud máxima de los nombres de archivo se aumentó a 255 bytes.

Remy Card, el diseñador principal del sistema de archivos EXT, admiraba el sistema de archivos UFS, por lo que algunas de sus características se transfirieron a EXT.

Aunque Linux admite una gran cantidad de sistemas de archivos, EXT es preferido ya que fue construido sobre el kernel de Linux.

A pesar de que EXT superó las principales desventajas del sistema de archivos Minix (que se usaba en Linux en ese momento), su principal desventaja eran las marcas de tiempo. EXT solo permitía una marca de tiempo por archivo. Por esta razón, el desarrollo de EXT continuó y, en versiones posteriores, se fue evolucionando y agregando nuevas características.

Se volvió muy popular no solo entre los usuarios de Linux sino también entre los propietarios de teléfonos inteligentes Android. Es por eso que Android utiliza el sistema de archivos Ext4 de forma predeterminada.

Evolución del sistema de archivos EXT. La historia cambiante en las versiones.

Como se mencionó anteriormente, aunque EXT superó las limitaciones del sistema de archivos Minix, todavía tenía muchas desventajas. Es por eso que el desarrollo de EXT no se detuvo y se agregaron tres versiones más en el futuro.

Ext2

Al igual que la versión anterior, Ext2 fue creada por Remy Card. Este sistema de archivos vio la luz en enero de 1993.

La innovación más importante fue que ahora los datos se escriben en bloques de igual longitud. Esto permitió aumentar significativamente el rendimiento del sistema de archivos. Además, el uso de bloques de datos permite aumentar el tamaño máximo de los archivos almacenados. Ahora era de 2 TB en lugar de 2 GB. La longitud del nombre del archivo seguía siendo de 255 bytes.

Pero Ext2 tenía bastantes desventajas. El problema más grande fue la falta de registro de diario (journaling). Si se producía una falla de energía mientras se escribían los archivos en el disco, el sistema de archivos se corrompía y era bastante difícil de recuperar.

En algunos casos, la falta de registro de diario era una ventaja definitiva. Por ejemplo, Ext2 es más rápido que Ext3. Es por eso que en algunos casos, Ext2 todavía se usa hoy en día. Además, la falta de registro de diario reduce la carga en las unidades SSD. Es por eso que algunas empresas usan Ext2 y utilizan RAID como protección de datos.

Para obtener más detalles sobre RAID, puede leer el artículo «RAID: ¿qué es y cómo se puede usar?«

Otra desventaja del sistema de archivos Ext2 fue la alta fragmentación de datos, lo que llevó a una pérdida de rendimiento. Es decir, durante la escritura, el archivo se dividía en varias partes y luego se escribían en diferentes partes del disco duro. Por lo tanto, el proceso de lectura llevaba más tiempo. Cuanta más información se almacenaba en el disco, menor era la velocidad de lectura/escritura de datos.

Es por eso que el desarrollo del sistema de archivos EXT no se detuvo en esta versión y en noviembre de 2001 apareció la siguiente versión: Ext3.

Ext3

El sistema de archivos Ext3 es una versión mejorada de Ext2. La información todavía se escribe en bloques de datos de la misma longitud y el tamaño máximo de archivo sigue siendo el mismo: 2 TB.

Sin embargo, incluye registro de diario, una tecnología que reduce significativamente el riesgo de pérdida de datos.

La esencia es la siguiente: el sistema de archivos marca todos los cambios planificados en la estructura de datos. En caso de una falla de energía, el sistema lee instantáneamente la información del «diario» y los archivos no se pierden.

Ext3 admite tres niveles de registro de diario:

1. Diario: el sistema de archivos escribe tanto los metadatos como los datos de usuario en el diario, lo que garantiza virtualmente una recuperación exitosa del sistema de archivos en caso de una falla de energía. Al mismo tiempo, este método degrada más severamente el rendimiento del sistema de archivos.
2. Writeback: primero, se escriben los metadatos en el registro y solo después se escriben los datos en el sistema de archivos. No hay sincronización de metadatos e información en el sistema de archivos. Este nivel de registro de diario es el más rápido ya que no se necesita validación. La principal desventaja, sin embargo, es que si algo le sucede al sistema, perderá los datos.
3. Ordenado (registro de diario ordenado): el proceso de escritura se realiza en un cierto orden: primero, se escriben los metadatos en el registro, luego se escriben los datos de usuario en el sistema de archivos. Después de eso, los metadatos se conectan a los archivos en el disco. En caso de una falla de energía, solo los archivos escritos en el disco en ese momento «desaparecen». La estructura del sistema de archivos no se daña.

El sistema de archivos Ext3 se hizo bastante popular y se usó hasta la siguiente versión: Ext4.

Ext4

Ext4 se presentó en 2008 y es actualmente la última versión del sistema de archivos EXT. Utiliza los principios básicos de Ext3, pero la velocidad se ha aumentado significativamente (incluso es más rápido que en Ext2), el tamaño máximo de archivo se ha aumentado a 16 GB, se ha agregado soporte para unidades de hasta 1 exabyte y mucho más.

Hay bastantes innovaciones. Vaya al siguiente punto de este artículo para leer más sobre ellas.

Características del sistema de archivos Ext4

Aunque el sistema de archivos Ext4 utiliza los conceptos básicos de Ext3, tiene muchas innovaciones que lo han hecho tan popular.

En primer lugar, se utiliza el método de registro de archivos basado en el espacio en Ext4 para aumentar el rendimiento. Esto significa que antes de que el archivo se escriba en el disco, el sistema de archivos asigna el área de superficie y luego escribe los datos al final de esa área.

El sistema de archivos Ext4 ha añadido compatibilidad con versiones anteriores de Ext2 y Ext3 por primera vez. Por ejemplo, se puede montar automáticamente Ext3 utilizando el controlador de Ext4.

El siguiente punto es la introducción de extensiones. La cuestión es que en las versiones antiguas, los bloques de datos de archivo se muestran de la manera antigua, es decir, se muestran todos los bloques que pertenecen a un determinado archivo. Esto impone algunas limitaciones al trabajar con archivos grandes. Por ejemplo, reduce el rendimiento.

La implementación de extensiones permite mostrar un gran número de bloques consecutivos de información con un único descriptor. Este enfoque aumenta el rendimiento del sistema de archivos varias veces. El sistema solo almacena la dirección del primer y último bloque de datos, que corresponde a un archivo grande.

Reducir la fragmentación de archivos mediante la asignación de bloques de memoria de manera más eficiente es otra innovación. Antes de escribir un archivo, Ext4 destaca los bloques que están cerca para reducir el tiempo necesario para encontrar el bloque correcto mientras se lee los datos.

Ext4 tiene una función de asignación retrasada, que asigna bloques de memoria inmediatamente antes de escribir archivos en el disco. Esta solución permite reducir la carga en la memoria caché y, por lo tanto, aumentar el rendimiento.

Nuevo para Ext4 es la capacidad de crear un número ilimitado de subdirectorios sin pérdida de rendimiento. La razón es que Ext4 utiliza la estructura de datos HTree, que es una versión del B-tree adaptada especialmente para Ext4.

Una innovación que mejora el rendimiento y la seguridad al mismo tiempo es la implementación de sumas de comprobación de registro. Este método verifica constantemente los bloques de datos en busca de corrupción. A su vez, esto reduce el tiempo de registro y aumenta el rendimiento.

Está disponible una comprobación rápida del sistema de archivos. La forma en que se ha implementado es la siguiente: en Ext4, se marcan las tablas de inodos y los grupos de bloques libres. Esto significa que solo se comprobarán los bloques con datos durante la comprobación del sistema de archivos.

Una nueva función es e4defrag, que permite desfragmentar tanto el disco completo como archivos individuales. La reducción de la fragmentación no solo hace que el sistema sea más rápido, sino que también reduce la carga en el procesador, etc.

Como se puede ver, hay muchas innovaciones y mejoras que mejoran significativamente la seguridad y el rendimiento. A su vez, esto es exactamente lo que los usuarios necesitan. Por eso, Ext4 es tan popular hoy en día.

Ventajas y desventajas del sistema de archivos Ext4

A pesar de la introducción de nuevas características y mejoras de rendimiento, el sistema de archivos Ext4 también tiene muchas desventajas. Por lo tanto, antes de empezar a usarlo en su disco, sugerimos que el usuario compare sus ventajas y desventajas.

Las ventajas de Ext4 incluyen las siguientes:

1. Journaling: el sistema de archivos mantiene un registro de cambios, por lo que en caso de fallos, se puede restaurar la estructura del sistema de archivos sin problemas;
2. Soporte de cifrado: los usuarios ahora pueden cifrar sus datos sin degradación del rendimiento;
3. Alta estabilidad: el sistema de archivos Ext4 puede controlar su estado por sí solo. Se hace con la ayuda de sumas de comprobación de registro. Además, han pasado más de 10 años desde el lanzamiento de Ext4, y durante ese tiempo se ha demostrado como un sistema de archivos muy confiable;
4. Soportado por defecto en muchas distribuciones: lo que significa que tendrá todas las herramientas de Ext4 que necesita de serie. También se utiliza en tarjetas de memoria en teléfonos inteligentes Android, lo que significa que no necesitará instalar software adicional para trabajar con los datos del teléfono inteligente;
5. Desarrollo activo: a partir de hoy, los desarrolladores están trabajando activamente en mejorar Ext4. Constantemente obtendrá nuevas oportunidades para trabajar con datos;
6. Baja fragmentación: obtiene un sistema de archivos muy rápido. A menudo, la falta de fragmentación es el factor decisivo cuando se trata de qué sistema de archivos utilizar en unidades flash y medios extraíbles;
7. Un gran número de límites: durante la creación del sistema de archivos, se crean cierto número de inodos que se necesitan para escribir los archivos. En algunos sistemas de archivos, el número de inodos puede ser demasiado pequeño y el usuario no podrá escribir un nuevo archivo incluso si hay espacio libre en el disco. Puede suceder si tiene muchos archivos pequeños. Afortunadamente, Ext4 no tiene este problema y hay suficientes inodos para usuarios y sistemas de servidor por igual;

Desafortunadamente, las desventajas de Ext4 también son bastante numerosas. Entre las más significativas se encuentran:

1. Falta de soporte para características de sistemas de archivos de próxima generación: Ext4 no admite gestión de volumen, deduplicación de datos, etc;
2. Falta de verificación de suma de comprobación para datos: esto hace imposible detectar la corrupción de datos debido a fallos de hardware;
3. Escalabilidad deficiente: a pesar de que el tamaño máximo de una partición es de 1 exabyte, en realidad, si crea particiones mayores de 100 terabytes, el rendimiento es muy lento;
4. Falta de soporte para compresión transparente y cifrado transparente: estas tecnologías todavía están en fase experimental;
5. Los inodos ocupan hasta el 10% del espacio de la partición: si se asignan menos inodos cuando se crea el sistema de archivos, existe la posibilidad de que se agoten y el usuario no pueda escribir nuevos archivos incluso si el disco tiene espacio libre;

Ahora puede comparar las ventajas y desventajas del sistema de archivos Ext4 y decidir por sí mismo si desea utilizarlo o no.

La estructura del sistema de archivos EXT

La estructura del sistema de archivos EXT es la misma que la de la mayoría de los sistemas de archivos UNIX. Esquemáticamente, se puede mostrar de la siguiente manera:

Es decir, se pueden distinguir varios componentes principales en la estructura de EXT:

1. Superbloque – ubicado al comienzo del sistema de archivos (generalmente en los primeros 1024 bytes de la partición). El sistema crea automáticamente varias copias del superbloque, ya que no puede funcionar sin uno. El superbloque almacena información básica sobre el sistema de archivos, como:
   1. el número total de bloques de datos e inodos para todo el sistema de archivos;
   2. el número de inodos y bloques de datos libres en los que se pueden escribir archivos;
   3. el tamaño del inodo y del bloque de datos (estos datos se especifican cuando se crea el sistema de archivos);
   4. información sobre el sistema de archivos – hora de montaje, últimos cambios, etc.
2. Inmediatamente después del superbloque, se encuentra una tabla global de descriptores de grupos de bloques (Group Description Table). Esta tabla describe los primeros y últimos bloques para cada grupo de bloques, así como información sobre dónde comienza la tabla de inodos en cada grupo, el comienzo de los bloques de datos, etc.
3. Mapa de bits de bloques es una tabla especial que especifica qué bloques en un grupo se utilizan y cuáles están libres. Esta información se utiliza durante la asignación de información de bloques. 0 significa que el bloque está libre y 1 significa que el bloque está ocupado.
4. Mapa de bits de inodos – es lo mismo que el mapa de bits de bloques, pero muestra información sobre los inodos libres, que se pueden utilizar para escribir nuevos archivos.
5. Bloques de datos – los bloques físicos de memoria asignados donde se almacenan los datos del usuario.

La estructura del sistema de archivos es aproximadamente la misma para Ext2, Ext3 y Ext4. Solo difiere la funcionalidad de cada versión del sistema de archivos EXT.

¿Vale la pena desactivar el registro de diario?

El propósito principal del registro de diario es asegurar que la estructura del sistema de archivos pueda ser restaurada en caso de fallos o cortes de energía repentinos. Al mismo tiempo, el proceso de registro de diario requiere cierto tiempo y recursos. Por lo tanto, algunos usuarios deciden desactivar el registro de diario para obtener más rendimiento.

Es subjetivo, ya que desactivar el registro de diario solo tiene sentido si tiene características avanzadas de protección de datos (por ejemplo, si utiliza RAID 5).

Si no tiene seguridad adicional, no desactive el registro de diario ya que la ganancia de rendimiento es muy pequeña, mientras que el riesgo de perder datos importantes es varias veces mayor.

Sin embargo, si decide desactivar el registro de diario, asegúrese de proteger sus datos importantes primero haciendo una copia de seguridad, utilizando una matriz RAID, o al menos utilizando un suministro de energía ininterrumpible.

¿Cómo abrir una unidad EXT en Windows?

El sistema operativo Windows utiliza nativamente el sistema de archivos NTFS. Por lo tanto, tan pronto como conecte una unidad formateada en EXT, Ext2, Ext3, Ext4, inmediatamente recibirá una notificación de que el sistema de archivos de la unidad no es compatible.

La primera (y mejor) forma es utilizar el programa RS Partition Recovery. Este programa es fácil de usar. Todo lo que necesita es instalarlo en su computadora. Luego, puede conectar inmediatamente la unidad Ext2,3,4 y trabajar con los datos. Ni siquiera necesita reiniciar su computadora.

Pero lo más importante es que RS Partition Recovery le permite recuperar datos perdidos si algo sucede con el sistema de archivos o con el archivo en sí. Por ejemplo, si eliminó accidentalmente un archivo, no hay problema. Si formateó la unidad con información importante, no hay problema. RS Partition Recovery recuperará sus datos.

También nos gustaría mencionar el soporte para TODOS los sistemas de archivos modernos, lo que convierte a RS Partition Recovery en una herramienta universal que debería estar en el arsenal de todos los que trabajan con datos.

La segunda forma es instalar el controlador EXT2FSD, que agrega soporte para el sistema de archivos Ext 2, 3 o 4 en Windows.

La principal desventaja de este método es que el controlador EXT2FSD a veces entra en conflicto con los controladores de Windows, y en lugar del prometido soporte EXT, puede obtener un sistema operativo que no funciona. Además, los intentos de restaurar la funcionalidad de Windows a menudo pueden llevar a la pérdida de datos importantes, no solo en la unidad C: sino también en la unidad externa (si estaba conectada a la computadora en el momento del fallo).

La tercera forma es instalar un complemento especial para Total Commander llamado ext4tc. Este método también tiene sus riesgos. En primer lugar, deberá comprar Total Commander y luego instalar el complemento ext4tc adicionalmente.

Además, a veces después de instalar el complemento ext4tc, el administrador de archivos se bloquea. Por lo tanto, debe tener cuidado al manipular datos importantes.

Le recomendamos no arriesgar información importante, ya que a veces cuesta más que toda la computadora y los programas. Es por eso que es mejor utilizar el primer método descrito anteriormente.

Las mejores alternativas al sistema de archivos EXT

Cada vez hay más información en la web que indica que, dado que Ext4 no admite características de última generación, el sistema operativo Linux cambiará pronto a Btrfs. Por eso, muchos usuarios se preguntan si vale la pena utilizar Ext4 o si es mejor instalar un sistema de archivos alternativo como Btrfs o uno diferente.

La decisión depende del usuario, pero es cierto que Ext4 no admite muchas de las características actuales. Por lo tanto, si desea utilizar un sistema de archivos probado en el tiempo pero está dispuesto a renunciar a muchas características modernas, su elección es Ext4. Es estable, ampliamente compatible y funciona bien.

Si desea tener un sistema de archivos moderno que admita todas las nuevas características y, al mismo tiempo, no tenga miedo de lidiar con un ecosistema algo menos maduro, Btrfs es su elección. Además, estará un paso adelante, ya que la mayoría de las distribuciones de Linux lo utilizarán por defecto en breve.

Si está buscando el mejor sistema de archivos para su servidor y busca confiabilidad y riesgo mínimo de pérdida de datos, la mejor alternativa es el sistema de archivos ZFS. Hay una cosa: debe leer mucha información y aprender muchos comandos para utilizarlo de la manera más eficiente posible.

Usar o no el sistema de archivos EXT depende de cada uno. Esperamos que después de leer este artículo pueda elegir la opción que mejor se adapte a sus necesidades.