Linux 分区格式（文件系统）详解

一、Linux 文件系统概览

主要分类

二、传统标准文件系统

1. ext2（第二扩展文件系统）

# 创建 ext2 文件系统
mkfs.ext2 /dev/sdb1

# 挂载选项示例
mount -t ext2 /dev/sdb1 /mnt/data

特点：

• ✅ 优点：简单稳定、兼容性好、恢复工具成熟
• ❌ 缺点：无日志功能、崩溃后需要长时间 fsck
• 📊 最大文件：2TB-32TB（取决于块大小）
• 📁 最大分区：16TB-32TB
• 🎯 适用场景：USB 闪存、旧系统兼容、只读需求

2. ext3（第三扩展文件系统）

# 创建 ext3
mkfs.ext3 /dev/sdb1

# 启用日志（默认开启）
tune2fs -O has_journal /dev/sdb1

特点：

• ✅ 优点：ext2 的超集、有日志、向后兼容
• ❌ 缺点：性能不如 ext4、功能相对简单
• 📊 最大文件：2TB-16TB
• 📁 最大分区：16TB-32TB
• 🎯 适用场景：需要从 ext2 升级、稳定优先的系统

3. ext4（第四扩展文件系统） - 最常用

# 创建 ext4
mkfs.ext4 /dev/sdb1

# 高级格式化选项
mkfs.ext4 -b 4096 -i 8192 /dev/sdb1  # 指定块大小

# 启用特性
tune2fs -O extents,uninit_bg /dev/sdb1

特点：

• ✅ 优点：
  • 向后兼容 ext2/ext3
  • 支持大文件和分区（最大 1EB）
  • 延迟分配减少碎片
  • 日志校验和
  • 在线碎片整理
• ❌ 缺点：
  • 某些企业特性不如 XFS
  • 在线收缩困难
• 📊 最大文件：16TB
• 📁 最大分区：1EB（exabyte）
• 🎯 适用场景：通用 Linux 系统、桌面、中小服务器

三、高性能文件系统

4. XFS - 企业级首选

# 创建 XFS
mkfs.xfs /dev/sdb1

# 启用 CRC 校验（推荐）
mkfs.xfs -m crc=1 /dev/sdb1

# 在线调整大小
xfs_growfs /mount/point

特点：

• ✅ 优点：
  • 极高的 I/O 性能，特别适合大文件
  • 优秀的并发性能
  • 在线调整大小（只能扩大）
  • 数据完整性保护（CRC 校验）
  • 延迟分配减少碎片
• ❌ 缺点：
  • 不能在线收缩
  • 修复工具相对复杂
  • 小文件性能一般
• 📊 最大文件：8EB
• 📁 最大分区：8EB
• 🎯 适用场景：企业服务器、数据库、视频编辑、大文件处理

5. Btrfs（B-tree 文件系统）

# 创建 Btrfs
mkfs.btrfs /dev/sdb1

# 多设备支持
mkfs.btrfs /dev/sdb1 /dev/sdc1  # RAID

# 创建子卷
btrfs subvolume create /mnt/data/vol1

特点：

• ✅ 优点：
  • 写时复制（COW）
  • 内置 RAID 支持
  • 快照功能
  • 在线碎片整理
  • 数据压缩
  • 在线调整大小（可扩大和收缩）
• ❌ 缺点：
  • 稳定性争议（已改善）
  • RAID 5/6 有数据损坏风险
  • 性能开销
• 📊 最大文件：16EB
• 📁 最大分区：16EB
• 🎯 适用场景：需要快照、数据完整性要求高、桌面系统

四、特殊用途文件系统

6. Swap（交换分区）

# 创建交换分区
mkswap /dev/sdb2

# 启用交换分区
swapon /dev/sdb2

# 查看交换空间
free -h
swapon --show

特点：

• ✅ 用途：虚拟内存、系统休眠
• 📊 推荐大小：物理内存的 1-2 倍（但不超过 32GB）
• 🎯 必需性：现代 Linux 可无交换分区，但推荐有

7. tmpfs（内存文件系统）

# 挂载 tmpfs
mount -t tmpfs -o size=1G tmpfs /mnt/tmp

# 在 /etc/fstab 中
tmpfs /mnt/tmp tmpfs size=1G 0 0

特点：

• ✅ 优点：内存速度、自动清理
• ❌ 缺点：重启数据丢失、占用内存
• 🎯 适用场景：/tmp 目录、缓存文件

五、闪存优化文件系统

8. F2FS（Flash Friendly File System）

# 创建 F2FS
mkfs.f2fs /dev/nvme0n1p1

# 挂载优化选项
mount -t f2fs -o discard,background_gc=on /dev/nvme0n1p1 /mnt/ssd

特点：

• ✅ 优点：SSD 优化、磨损均衡、TRIM 支持
• ❌ 缺点：传统硬盘性能一般、相对年轻
• 🎯 适用场景：SSD、eMMC、SD 卡、移动设备

六、网络和集群文件系统

9. NFS（网络文件系统）

# 服务器端导出
echo "/data 192.168.1.0/24(rw,sync)" >> /etc/exports
exportfs -ra

# 客户端挂载
mount -t nfs 192.168.1.100:/data /mnt/nfs

10. GlusterFS、CephFS

企业级分布式文件系统，适合大规模集群。

七、文件系统选择指南

选择矩阵

性能对比

# 使用 dd 测试写入性能
dd if=/dev/zero of=/mnt/test/testfile bs=1M count=1024 oflag=direct

# 使用 fio 综合测试
fio --name=test --ioengine=libaio --rw=randwrite --bs=4k --numjobs=4 --size=1G --runtime=60

大致性能排序（特定场景）：

1. XFS：大文件顺序读写最优
2. ext4：小文件混合负载均衡
3. Btrfs：写时复制场景有优势
4. F2FS：SSD 随机写入最优

八、实际配置示例

服务器分区方案

# 根分区 - ext4（稳定）
mkfs.ext4 /dev/sda1
mount /dev/sda1 /

# 数据分区 - XFS（性能）
mkfs.xfs /dev/sdb1
mount /dev/sdb1 /data

# 交换分区
mkswap /dev/sda2
swapon /dev/sda2

# tmpfs 用于临时文件
mount -t tmpfs -o size=2G tmpfs /tmp

桌面系统方案

# 根分区 - ext4
mkfs.ext4 /dev/nvme0n1p1

# home 分区 - ext4（或单独分区用Btrfs做快照）
mkfs.ext4 /dev/nvme0n1p2

# 交换文件（替代交换分区）
dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1M count=8192
chmod 600 /swapfile
mkswap /swapfile
swapon /swapfile

九、维护和优化命令

ext4 优化

# 启用自动碎片整理
tune2fs -O dir_index,extents /dev/sdb1

# 调整保留块比例（默认5%，可降低）
tune2fs -m 1 /dev/sdb1  # 保留1%

# 检查文件系统
fsck.ext4 -f /dev/sdb1

XFS 维护

# 检查文件系统
xfs_repair /dev/sdb1

# 碎片整理
xfs_fsr /dev/sdb1

# 查看空间使用
xfs_db -c frag /dev/sdb1

Btrfs 特性使用

# 创建快照
btrfs subvolume snapshot /data /data/snapshot-$(date +%Y%m%d)

# 启用压缩
mount -o compress=zstd /dev/sdb1 /data

# 均衡数据
btrfs balance start /data

总结

现代 Linux 文件系统选择建议：

🥇 首选推荐：

• 通用场景：ext4（稳定、兼容）
• 高性能需求：XFS（企业级、大文件）
• 高级特性：Btrfs（快照、数据保护）

🔧 特殊需求：

• SSD 优化：F2FS
• 内存文件：tmpfs
• 网络共享：NFS
• 虚拟内存：Swap

📊 决策流程：

1. 稳定性优先 → ext4
2. 性能优先 → XFS
3. 需要快照/RAID → Btrfs
4. SSD 专用 → F2FS
5. 兼容老系统 → ext3/ext2

对于大多数用户，ext4 是最安全平衡的选择；企业级应用推荐 XFS；需要高级功能可考虑 Btrfs。