Add linux-next specific files for 20110716
[linux-2.6/next.git] / Documentation / filesystems / ext4.txt
blob232a575a0c4857249edc5aa76a235ce4e258082f
2 Ext4 Filesystem
3 ===============
5 Ext4 is an an advanced level of the ext3 filesystem which incorporates
6 scalability and reliability enhancements for supporting large filesystems
7 (64 bit) in keeping with increasing disk capacities and state-of-the-art
8 feature requirements.
10 Mailing list:   linux-ext4@vger.kernel.org
11 Web site:       http://ext4.wiki.kernel.org
14 1. Quick usage instructions:
15 ===========================
17 Note: More extensive information for getting started with ext4 can be
18       found at the ext4 wiki site at the URL:
19       http://ext4.wiki.kernel.org/index.php/Ext4_Howto
21   - Compile and install the latest version of e2fsprogs (as of this
22     writing version 1.41.3) from:
24     http://sourceforge.net/project/showfiles.php?group_id=2406
25         
26         or
28     ftp://ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/people/tytso/e2fsprogs/
30         or grab the latest git repository from:
32     git://git.kernel.org/pub/scm/fs/ext2/e2fsprogs.git
34   - Note that it is highly important to install the mke2fs.conf file
35     that comes with the e2fsprogs 1.41.x sources in /etc/mke2fs.conf. If
36     you have edited the /etc/mke2fs.conf file installed on your system,
37     you will need to merge your changes with the version from e2fsprogs
38     1.41.x.
40   - Create a new filesystem using the ext4 filesystem type:
42         # mke2fs -t ext4 /dev/hda1
44     Or to configure an existing ext3 filesystem to support extents: 
46         # tune2fs -O extents /dev/hda1
48     If the filesystem was created with 128 byte inodes, it can be
49     converted to use 256 byte for greater efficiency via:
51         # tune2fs -I 256 /dev/hda1
53     (Note: we currently do not have tools to convert an ext4
54     filesystem back to ext3; so please do not do try this on production
55     filesystems.)
57   - Mounting:
59         # mount -t ext4 /dev/hda1 /wherever
61   - When comparing performance with other filesystems, it's always
62     important to try multiple workloads; very often a subtle change in a
63     workload parameter can completely change the ranking of which
64     filesystems do well compared to others.  When comparing versus ext3,
65     note that ext4 enables write barriers by default, while ext3 does
66     not enable write barriers by default.  So it is useful to use
67     explicitly specify whether barriers are enabled or not when via the
68     '-o barriers=[0|1]' mount option for both ext3 and ext4 filesystems
69     for a fair comparison.  When tuning ext3 for best benchmark numbers,
70     it is often worthwhile to try changing the data journaling mode; '-o
71     data=writeback' can be faster for some workloads.  (Note however that
72     running mounted with data=writeback can potentially leave stale data
73     exposed in recently written files in case of an unclean shutdown,
74     which could be a security exposure in some situations.)  Configuring
75     the filesystem with a large journal can also be helpful for
76     metadata-intensive workloads.
78 2. Features
79 ===========
81 2.1 Currently available
83 * ability to use filesystems > 16TB (e2fsprogs support not available yet)
84 * extent format reduces metadata overhead (RAM, IO for access, transactions)
85 * extent format more robust in face of on-disk corruption due to magics,
86 * internal redundancy in tree
87 * improved file allocation (multi-block alloc)
88 * lift 32000 subdirectory limit imposed by i_links_count[1]
89 * nsec timestamps for mtime, atime, ctime, create time
90 * inode version field on disk (NFSv4, Lustre)
91 * reduced e2fsck time via uninit_bg feature
92 * journal checksumming for robustness, performance
93 * persistent file preallocation (e.g for streaming media, databases)
94 * ability to pack bitmaps and inode tables into larger virtual groups via the
95   flex_bg feature
96 * large file support
97 * Inode allocation using large virtual block groups via flex_bg
98 * delayed allocation
99 * large block (up to pagesize) support
100 * efficient new ordered mode in JBD2 and ext4(avoid using buffer head to force
101   the ordering)
103 [1] Filesystems with a block size of 1k may see a limit imposed by the
104 directory hash tree having a maximum depth of two.
106 2.2 Candidate features for future inclusion
108 * Online defrag (patches available but not well tested)
109 * reduced mke2fs time via lazy itable initialization in conjunction with
110   the uninit_bg feature (capability to do this is available in e2fsprogs
111   but a kernel thread to do lazy zeroing of unused inode table blocks
112   after filesystem is first mounted is required for safety)
114 There are several others under discussion, whether they all make it in is
115 partly a function of how much time everyone has to work on them. Features like
116 metadata checksumming have been discussed and planned for a bit but no patches
117 exist yet so I'm not sure they're in the near-term roadmap.
119 The big performance win will come with mballoc, delalloc and flex_bg
120 grouping of bitmaps and inode tables.  Some test results available here:
122  - http://www.bullopensource.org/ext4/20080818-ffsb/ffsb-write-2.6.27-rc1.html
123  - http://www.bullopensource.org/ext4/20080818-ffsb/ffsb-readwrite-2.6.27-rc1.html
125 3. Options
126 ==========
128 When mounting an ext4 filesystem, the following option are accepted:
129 (*) == default
131 ro                      Mount filesystem read only. Note that ext4 will
132                         replay the journal (and thus write to the
133                         partition) even when mounted "read only". The
134                         mount options "ro,noload" can be used to prevent
135                         writes to the filesystem.
137 journal_checksum        Enable checksumming of the journal transactions.
138                         This will allow the recovery code in e2fsck and the
139                         kernel to detect corruption in the kernel.  It is a
140                         compatible change and will be ignored by older kernels.
142 journal_async_commit    Commit block can be written to disk without waiting
143                         for descriptor blocks. If enabled older kernels cannot
144                         mount the device. This will enable 'journal_checksum'
145                         internally.
147 journal=update          Update the ext4 file system's journal to the current
148                         format.
150 journal_dev=devnum      When the external journal device's major/minor numbers
151                         have changed, this option allows the user to specify
152                         the new journal location.  The journal device is
153                         identified through its new major/minor numbers encoded
154                         in devnum.
156 norecovery              Don't load the journal on mounting.  Note that
157 noload                  if the filesystem was not unmounted cleanly,
158                         skipping the journal replay will lead to the
159                         filesystem containing inconsistencies that can
160                         lead to any number of problems.
162 data=journal            All data are committed into the journal prior to being
163                         written into the main file system.
165 data=ordered    (*)     All data are forced directly out to the main file
166                         system prior to its metadata being committed to the
167                         journal.
169 data=writeback          Data ordering is not preserved, data may be written
170                         into the main file system after its metadata has been
171                         committed to the journal.
173 commit=nrsec    (*)     Ext4 can be told to sync all its data and metadata
174                         every 'nrsec' seconds. The default value is 5 seconds.
175                         This means that if you lose your power, you will lose
176                         as much as the latest 5 seconds of work (your
177                         filesystem will not be damaged though, thanks to the
178                         journaling).  This default value (or any low value)
179                         will hurt performance, but it's good for data-safety.
180                         Setting it to 0 will have the same effect as leaving
181                         it at the default (5 seconds).
182                         Setting it to very large values will improve
183                         performance.
185 barrier=<0|1(*)>        This enables/disables the use of write barriers in
186 barrier(*)              the jbd code.  barrier=0 disables, barrier=1 enables.
187 nobarrier               This also requires an IO stack which can support
188                         barriers, and if jbd gets an error on a barrier
189                         write, it will disable again with a warning.
190                         Write barriers enforce proper on-disk ordering
191                         of journal commits, making volatile disk write caches
192                         safe to use, at some performance penalty.  If
193                         your disks are battery-backed in one way or another,
194                         disabling barriers may safely improve performance.
195                         The mount options "barrier" and "nobarrier" can
196                         also be used to enable or disable barriers, for
197                         consistency with other ext4 mount options.
199 inode_readahead_blks=n  This tuning parameter controls the maximum
200                         number of inode table blocks that ext4's inode
201                         table readahead algorithm will pre-read into
202                         the buffer cache.  The default value is 32 blocks.
204 orlov           (*)     This enables the new Orlov block allocator. It is
205                         enabled by default.
207 oldalloc                This disables the Orlov block allocator and enables
208                         the old block allocator.  Orlov should have better
209                         performance - we'd like to get some feedback if it's
210                         the contrary for you.
212 user_xattr              Enables Extended User Attributes.  Additionally, you
213                         need to have extended attribute support enabled in the
214                         kernel configuration (CONFIG_EXT4_FS_XATTR).  See the
215                         attr(5) manual page and http://acl.bestbits.at/ to
216                         learn more about extended attributes.
218 nouser_xattr            Disables Extended User Attributes.
220 acl                     Enables POSIX Access Control Lists support.
221                         Additionally, you need to have ACL support enabled in
222                         the kernel configuration (CONFIG_EXT4_FS_POSIX_ACL).
223                         See the acl(5) manual page and http://acl.bestbits.at/
224                         for more information.
226 noacl                   This option disables POSIX Access Control List
227                         support.
229 bsddf           (*)     Make 'df' act like BSD.
230 minixdf                 Make 'df' act like Minix.
232 debug                   Extra debugging information is sent to syslog.
234 abort                   Simulate the effects of calling ext4_abort() for
235                         debugging purposes.  This is normally used while
236                         remounting a filesystem which is already mounted.
238 errors=remount-ro       Remount the filesystem read-only on an error.
239 errors=continue         Keep going on a filesystem error.
240 errors=panic            Panic and halt the machine if an error occurs.
241                         (These mount options override the errors behavior
242                         specified in the superblock, which can be configured
243                         using tune2fs)
245 data_err=ignore(*)      Just print an error message if an error occurs
246                         in a file data buffer in ordered mode.
247 data_err=abort          Abort the journal if an error occurs in a file
248                         data buffer in ordered mode.
250 grpid                   Give objects the same group ID as their creator.
251 bsdgroups
253 nogrpid         (*)     New objects have the group ID of their creator.
254 sysvgroups
256 resgid=n                The group ID which may use the reserved blocks.
258 resuid=n                The user ID which may use the reserved blocks.
260 sb=n                    Use alternate superblock at this location.
262 quota                   These options are ignored by the filesystem. They
263 noquota                 are used only by quota tools to recognize volumes
264 grpquota                where quota should be turned on. See documentation
265 usrquota                in the quota-tools package for more details
266                         (http://sourceforge.net/projects/linuxquota).
268 jqfmt=<quota type>      These options tell filesystem details about quota
269 usrjquota=<file>        so that quota information can be properly updated
270 grpjquota=<file>        during journal replay. They replace the above
271                         quota options. See documentation in the quota-tools
272                         package for more details
273                         (http://sourceforge.net/projects/linuxquota).
275 stripe=n                Number of filesystem blocks that mballoc will try
276                         to use for allocation size and alignment. For RAID5/6
277                         systems this should be the number of data
278                         disks *  RAID chunk size in file system blocks.
280 delalloc        (*)     Defer block allocation until just before ext4
281                         writes out the block(s) in question.  This
282                         allows ext4 to better allocation decisions
283                         more efficiently.
284 nodelalloc              Disable delayed allocation.  Blocks are allocated
285                         when the data is copied from userspace to the
286                         page cache, either via the write(2) system call
287                         or when an mmap'ed page which was previously
288                         unallocated is written for the first time.
290 max_batch_time=usec     Maximum amount of time ext4 should wait for
291                         additional filesystem operations to be batch
292                         together with a synchronous write operation.
293                         Since a synchronous write operation is going to
294                         force a commit and then a wait for the I/O
295                         complete, it doesn't cost much, and can be a
296                         huge throughput win, we wait for a small amount
297                         of time to see if any other transactions can
298                         piggyback on the synchronous write.   The
299                         algorithm used is designed to automatically tune
300                         for the speed of the disk, by measuring the
301                         amount of time (on average) that it takes to
302                         finish committing a transaction.  Call this time
303                         the "commit time".  If the time that the
304                         transaction has been running is less than the
305                         commit time, ext4 will try sleeping for the
306                         commit time to see if other operations will join
307                         the transaction.   The commit time is capped by
308                         the max_batch_time, which defaults to 15000us
309                         (15ms).   This optimization can be turned off
310                         entirely by setting max_batch_time to 0.
312 min_batch_time=usec     This parameter sets the commit time (as
313                         described above) to be at least min_batch_time.
314                         It defaults to zero microseconds.  Increasing
315                         this parameter may improve the throughput of
316                         multi-threaded, synchronous workloads on very
317                         fast disks, at the cost of increasing latency.
319 journal_ioprio=prio     The I/O priority (from 0 to 7, where 0 is the
320                         highest priorty) which should be used for I/O
321                         operations submitted by kjournald2 during a
322                         commit operation.  This defaults to 3, which is
323                         a slightly higher priority than the default I/O
324                         priority.
326 auto_da_alloc(*)        Many broken applications don't use fsync() when 
327 noauto_da_alloc         replacing existing files via patterns such as
328                         fd = open("foo.new")/write(fd,..)/close(fd)/
329                         rename("foo.new", "foo"), or worse yet,
330                         fd = open("foo", O_TRUNC)/write(fd,..)/close(fd).
331                         If auto_da_alloc is enabled, ext4 will detect
332                         the replace-via-rename and replace-via-truncate
333                         patterns and force that any delayed allocation
334                         blocks are allocated such that at the next
335                         journal commit, in the default data=ordered
336                         mode, the data blocks of the new file are forced
337                         to disk before the rename() operation is
338                         committed.  This provides roughly the same level
339                         of guarantees as ext3, and avoids the
340                         "zero-length" problem that can happen when a
341                         system crashes before the delayed allocation
342                         blocks are forced to disk.
344 noinit_itable           Do not initialize any uninitialized inode table
345                         blocks in the background.  This feature may be
346                         used by installation CD's so that the install
347                         process can complete as quickly as possible; the
348                         inode table initialization process would then be
349                         deferred until the next time the  file system
350                         is unmounted.
352 init_itable=n           The lazy itable init code will wait n times the
353                         number of milliseconds it took to zero out the
354                         previous block group's inode table.  This
355                         minimizes the impact on the systme performance
356                         while file system's inode table is being initialized.
358 discard                 Controls whether ext4 should issue discard/TRIM
359 nodiscard(*)            commands to the underlying block device when
360                         blocks are freed.  This is useful for SSD devices
361                         and sparse/thinly-provisioned LUNs, but it is off
362                         by default until sufficient testing has been done.
364 nouid32                 Disables 32-bit UIDs and GIDs.  This is for
365                         interoperability  with  older kernels which only
366                         store and expect 16-bit values.
368 resize                  Allows to resize filesystem to the end of the last
369                         existing block group, further resize has to be done
370                         with resize2fs either online, or offline. It can be
371                         used only with conjunction with remount.
373 block_validity          This options allows to enables/disables the in-kernel
374 noblock_validity        facility for tracking filesystem metadata blocks
375                         within internal data structures. This allows multi-
376                         block allocator and other routines to quickly locate
377                         extents which might overlap with filesystem metadata
378                         blocks. This option is intended for debugging
379                         purposes and since it negatively affects the
380                         performance, it is off by default.
382 dioread_lock            Controls whether or not ext4 should use the DIO read
383 dioread_nolock          locking. If the dioread_nolock option is specified
384                         ext4 will allocate uninitialized extent before buffer
385                         write and convert the extent to initialized after IO
386                         completes. This approach allows ext4 code to avoid
387                         using inode mutex, which improves scalability on high
388                         speed storages. However this does not work with
389                         data journaling and dioread_nolock option will be
390                         ignored with kernel warning. Note that dioread_nolock
391                         code path is only used for extent-based files.
392                         Because of the restrictions this options comprises
393                         it is off by default (e.g. dioread_lock).
395 i_version               Enable 64-bit inode version support. This option is
396                         off by default.
398 Data Mode
399 =========
400 There are 3 different data modes:
402 * writeback mode
403 In data=writeback mode, ext4 does not journal data at all.  This mode provides
404 a similar level of journaling as that of XFS, JFS, and ReiserFS in its default
405 mode - metadata journaling.  A crash+recovery can cause incorrect data to
406 appear in files which were written shortly before the crash.  This mode will
407 typically provide the best ext4 performance.
409 * ordered mode
410 In data=ordered mode, ext4 only officially journals metadata, but it logically
411 groups metadata information related to data changes with the data blocks into a
412 single unit called a transaction.  When it's time to write the new metadata
413 out to disk, the associated data blocks are written first.  In general,
414 this mode performs slightly slower than writeback but significantly faster than journal mode.
416 * journal mode
417 data=journal mode provides full data and metadata journaling.  All new data is
418 written to the journal first, and then to its final location.
419 In the event of a crash, the journal can be replayed, bringing both data and
420 metadata into a consistent state.  This mode is the slowest except when data
421 needs to be read from and written to disk at the same time where it
422 outperforms all others modes.  Currently ext4 does not have delayed
423 allocation support if this data journalling mode is selected.
425 /proc entries
426 =============
428 Information about mounted ext4 file systems can be found in
429 /proc/fs/ext4.  Each mounted filesystem will have a directory in
430 /proc/fs/ext4 based on its device name (i.e., /proc/fs/ext4/hdc or
431 /proc/fs/ext4/dm-0).   The files in each per-device directory are shown
432 in table below.
434 Files in /proc/fs/ext4/<devname>
435 ..............................................................................
436  File            Content
437  mb_groups       details of multiblock allocator buddy cache of free blocks
438 ..............................................................................
440 /sys entries
441 ============
443 Information about mounted ext4 file systems can be found in
444 /sys/fs/ext4.  Each mounted filesystem will have a directory in
445 /sys/fs/ext4 based on its device name (i.e., /sys/fs/ext4/hdc or
446 /sys/fs/ext4/dm-0).   The files in each per-device directory are shown
447 in table below.
449 Files in /sys/fs/ext4/<devname>
450 (see also Documentation/ABI/testing/sysfs-fs-ext4)
451 ..............................................................................
452  File                         Content
454  delayed_allocation_blocks    This file is read-only and shows the number of
455                               blocks that are dirty in the page cache, but
456                               which do not have their location in the
457                               filesystem allocated yet.
459  inode_goal                   Tuning parameter which (if non-zero) controls
460                               the goal inode used by the inode allocator in
461                               preference to all other allocation heuristics.
462                               This is intended for debugging use only, and
463                               should be 0 on production systems.
465  inode_readahead_blks         Tuning parameter which controls the maximum
466                               number of inode table blocks that ext4's inode
467                               table readahead algorithm will pre-read into
468                               the buffer cache
470  lifetime_write_kbytes        This file is read-only and shows the number of
471                               kilobytes of data that have been written to this
472                               filesystem since it was created.
474  max_writeback_mb_bump        The maximum number of megabytes the writeback
475                               code will try to write out before move on to
476                               another inode.
478  mb_group_prealloc            The multiblock allocator will round up allocation
479                               requests to a multiple of this tuning parameter if
480                               the stripe size is not set in the ext4 superblock
482  mb_max_to_scan               The maximum number of extents the multiblock
483                               allocator will search to find the best extent
485  mb_min_to_scan               The minimum number of extents the multiblock
486                               allocator will search to find the best extent
488  mb_order2_req                Tuning parameter which controls the minimum size
489                               for requests (as a power of 2) where the buddy
490                               cache is used
492  mb_stats                     Controls whether the multiblock allocator should
493                               collect statistics, which are shown during the
494                               unmount. 1 means to collect statistics, 0 means
495                               not to collect statistics
497  mb_stream_req                Files which have fewer blocks than this tunable
498                               parameter will have their blocks allocated out
499                               of a block group specific preallocation pool, so
500                               that small files are packed closely together.
501                               Each large file will have its blocks allocated
502                               out of its own unique preallocation pool.
504  session_write_kbytes         This file is read-only and shows the number of
505                               kilobytes of data that have been written to this
506                               filesystem since it was mounted.
507 ..............................................................................
509 Ioctls
510 ======
512 There is some Ext4 specific functionality which can be accessed by applications
513 through the system call interfaces. The list of all Ext4 specific ioctls are
514 shown in the table below.
516 Table of Ext4 specific ioctls
517 ..............................................................................
518  Ioctl                        Description
519  EXT4_IOC_GETFLAGS            Get additional attributes associated with inode.
520                               The ioctl argument is an integer bitfield, with
521                               bit values described in ext4.h. This ioctl is an
522                               alias for FS_IOC_GETFLAGS.
524  EXT4_IOC_SETFLAGS            Set additional attributes associated with inode.
525                               The ioctl argument is an integer bitfield, with
526                               bit values described in ext4.h. This ioctl is an
527                               alias for FS_IOC_SETFLAGS.
529  EXT4_IOC_GETVERSION
530  EXT4_IOC_GETVERSION_OLD
531                               Get the inode i_generation number stored for
532                               each inode. The i_generation number is normally
533                               changed only when new inode is created and it is
534                               particularly useful for network filesystems. The
535                               '_OLD' version of this ioctl is an alias for
536                               FS_IOC_GETVERSION.
538  EXT4_IOC_SETVERSION
539  EXT4_IOC_SETVERSION_OLD
540                               Set the inode i_generation number stored for
541                               each inode. The '_OLD' version of this ioctl
542                               is an alias for FS_IOC_SETVERSION.
544  EXT4_IOC_GROUP_EXTEND        This ioctl has the same purpose as the resize
545                               mount option. It allows to resize filesystem
546                               to the end of the last existing block group,
547                               further resize has to be done with resize2fs,
548                               either online, or offline. The argument points
549                               to the unsigned logn number representing the
550                               filesystem new block count.
552  EXT4_IOC_MOVE_EXT            Move the block extents from orig_fd (the one
553                               this ioctl is pointing to) to the donor_fd (the
554                               one specified in move_extent structure passed
555                               as an argument to this ioctl). Then, exchange
556                               inode metadata between orig_fd and donor_fd.
557                               This is especially useful for online
558                               defragmentation, because the allocator has the
559                               opportunity to allocate moved blocks better,
560                               ideally into one contiguous extent.
562  EXT4_IOC_GROUP_ADD           Add a new group descriptor to an existing or
563                               new group descriptor block. The new group
564                               descriptor is described by ext4_new_group_input
565                               structure, which is passed as an argument to
566                               this ioctl. This is especially useful in
567                               conjunction with EXT4_IOC_GROUP_EXTEND,
568                               which allows online resize of the filesystem
569                               to the end of the last existing block group.
570                               Those two ioctls combined is used in userspace
571                               online resize tool (e.g. resize2fs).
573  EXT4_IOC_MIGRATE             This ioctl operates on the filesystem itself.
574                               It converts (migrates) ext3 indirect block mapped
575                               inode to ext4 extent mapped inode by walking
576                               through indirect block mapping of the original
577                               inode and converting contiguous block ranges
578                               into ext4 extents of the temporary inode. Then,
579                               inodes are swapped. This ioctl might help, when
580                               migrating from ext3 to ext4 filesystem, however
581                               suggestion is to create fresh ext4 filesystem
582                               and copy data from the backup. Note, that
583                               filesystem has to support extents for this ioctl
584                               to work.
586  EXT4_IOC_ALLOC_DA_BLKS       Force all of the delay allocated blocks to be
587                               allocated to preserve application-expected ext3
588                               behaviour. Note that this will also start
589                               triggering a write of the data blocks, but this
590                               behaviour may change in the future as it is
591                               not necessary and has been done this way only
592                               for sake of simplicity.
593 ..............................................................................
595 References
596 ==========
598 kernel source:  <file:fs/ext4/>
599                 <file:fs/jbd2/>
601 programs:       http://e2fsprogs.sourceforge.net/
603 useful links:   http://fedoraproject.org/wiki/ext3-devel
604                 http://www.bullopensource.org/ext4/
605                 http://ext4.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page
606                 http://fedoraproject.org/wiki/Features/Ext4