ext4 (Extended Filesystem 4)

ext4 (Extended Filesystem 4)란?

ext4는 리눅스에서 사용되는 파일 시스템 중 하나로, ext3(Extended Filesystem 3)의 후속 버전입니다. 안정성과 성능을 유지하면서 대용량 파일과 고성능 환경을 지원하도록 설계되었습니다. 현재 많은 리눅스 배포판에서 기본 파일 시스템으로 사용되고 있습니다.

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1. 주요 특징

1.1 향상된 성능

1. Extents 지원:

   • Extents는 연속된 디스크 블록을 한 번에 관리하는 데이터 구조입니다.
   • 파일이 여러 블록에 걸쳐 저장될 때 각 블록을 개별적으로 관리하던 ext3 방식과 달리, extents는 시작 블록과 길이만 기록하여 디스크 I/O를 줄이고 성능을 향상.

2. 지연 할당(Delayed Allocation):

   • 데이터를 즉시 디스크에 기록하지 않고 메모리에 임시 저장 후 적절한 시점에 디스크로 기록.
   • 최적의 디스크 블록 배치가 가능해 성능을 향상.

1.2 대용량 파일 및 볼륨 지원

• 최대 파일 크기: 16TB.
• 최대 파일 시스템 크기: 1EB(엑사바이트, 1EB = 1024TB).
• ext4는 빅데이터나 대규모 서버 환경에서 효율적으로 사용 가능.

1.3 저널링(Journaling)

• 저널링은 시스템 장애 시 데이터 무결성을 보장합니다.
• ext4는 데이터와 메타데이터를 별도로 기록하는 저널 모드를 지원하며, 크래시 이후 빠르게 복구할 수 있습니다.

1.4 빠른 파일 시스템 검사(fsck)

• ext4는 메타데이터를 효율적으로 관리하여 파일 시스템 검사(fsck) 시간을 단축.
• 대규모 파일 시스템에서도 빠른 복구 가능.

1.5 하위 호환성

• ext4는 ext3 및 ext2 파일 시스템과 하위 호환성을 제공합니다.
• 기존 ext3 파일 시스템을 ext4로 업그레이드 가능.

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2. ext4의 구조

2.1 Extents

• ext3은 파일을 블록 단위로 관리했지만, ext4는 Extents를 사용하여 연속된 블록을 묶어 관리합니다.
• Extents는 디스크 조각화(Fragmentation)를 줄이고 성능을 향상시킵니다.

2.2 다중 할당 그룹(Multi Block Allocation)

• ext4는 데이터를 디스크에 저장할 때 여러 블록을 동시에 할당하여 쓰기 성능을 향상.

2.3 저널링 모드

1. Journal Mode:
   • 데이터와 메타데이터를 저널에 기록.
2. Ordered Mode (기본값):
   • 메타데이터만 저널에 기록, 데이터는 디스크에 바로 기록.
3. Writeback Mode:
   • 데이터와 메타데이터를 비동기적으로 처리.

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3. ext4와 다른 파일 시스템 비교

특징	ext3	ext4	XFS	Btrfs
최대 파일 크기	2TB	16TB	8EB	16EB
최대 파일 시스템 크기	32TB	1EB	8EB	16EB
저널링 지원	예	예	예	예
성능	중간	뛰어남	뛰어남	뛰어남
스냅샷 지원	없음	없음	없음	있음
디스크 조각화	발생 가능	감소	발생 가능	최소화

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4. ext4의 장점

1. 안정성:

   • 오랜 기간 사용되며 안정성과 신뢰성을 검증받음.
   • 대부분의 리눅스 배포판에서 기본으로 채택.

2. 성능 최적화:

   • Extents와 지연 할당 덕분에 디스크 I/O 성능이 뛰어남.

3. 대용량 파일 지원:

   • 빅데이터 환경과 같은 대규모 데이터를 처리하는 서버에서 적합.

4. 하위 호환성:

   • 기존 ext3 및 ext2 시스템과 호환되어 업그레이드가 쉬움.

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5. ext4의 단점

1. 스냅샷 기능 부족:

   • 스냅샷과 같은 최신 파일 시스템(Btrfs, ZFS) 기능이 없음.

2. SSD 최적화 부족:

   • SSD에 특화된 최신 파일 시스템(F2FS 등)에 비해 부족.

3. 조각화 가능성:

   • Extents로 조각화를 줄이지만, 완벽하게 방지하지는 못함.

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6. ext4의 주요 사용 사례

1. 데스크톱 및 서버 환경:

   • 안정성과 성능 덕분에 데스크톱 리눅스와 서버 환경에서 널리 사용.

2. 고성능 컴퓨팅(HPC):

   • 대규모 데이터 처리와 안정성이 요구되는 환경.

3. 리눅스 배포판:

   • Ubuntu, Debian, Red Hat, CentOS 등 대부분의 배포판에서 기본 파일 시스템으로 사용.

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7. ext4 파일 시스템 관리 명령어

7.1 ext4 파일 시스템 생성

mkfs.ext4 /dev/sdX

7.2 파일 시스템 마운트

mount /dev/sdX /mnt/mydisk

7.3 파일 시스템 상태 확인

df -T /mnt/mydisk

7.4 파일 시스템 검사 및 복구

fsck.ext4 /dev/sdX

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8. 요약

• ext4는 리눅스에서 널리 사용되는 파일 시스템으로, ext3에 비해 성능과 안정성이 크게 향상.
• 대용량 파일과 볼륨을 지원하며, 저널링과 Extents를 통해 데이터 무결성과 성능을 보장.
• 최신 기능은 부족하지만, 안정성과 보편적인 지원 덕분에 여전히 널리 사용됩니다.

ext4는 특히 안정성과 성능을 동시에 요구하는 환경에서 신뢰할 수 있는 선택입니다. 😊