Ext4 es el sistema de archivos más avanzado de Linux. Ofrece mayor capacidad de almacenamiento, mejor rendimiento y fiabilidad en comparación con versiones anteriores como Ext3. Ext4 optimiza la asignación de espacio en disco para reducir la fragmentación y mejorar la velocidad de lectura/escritura. Se ha convertido en el sistema de archivos predeterminado de la mayoría de distribuciones Linux modernas.

1. Ext4
Un sistema de archivos es el modo en que el sistema operativo organiza a los
ficheros del disco duro, gestionando la manera de que los datos estén de forma
estructurada y sin errores.
Cuando se trabaja con servidores y estaciones de trabajo, con instalaciones
de Ubuntu, CentOS, Red Hat o Fedora y se busca optimizar el uso del disco duro
de sistemas de archivos en formato Ext3 o Ext4, hay ajustes que pueden mejorar
el desempeño de manera significativa.
Estructura de un sistema de archivos Ext4
Un ext es un conjunto de bloques físicos contiguos, mejorando el rendimiento al
trabajar con los ficheros de gran tamaño y reduciendo la fragmentación. Un extent
simple en ext4 es capaz de mapear hasta 128 MiB de espacio contiguo con un
tamaño de bloque igual a 4 KiB.
La estructura de ficheros es una estructura jerárquica en forma de árbol invertido,
donde el directorio principal es el Director/, del cual cuelga toda la estructura
del sistema:

2. Operaciones del sistema de archivos ext4
El sistema de archivos ext4 permite la reserva de espacio en disco para un fichero.
Utilizando la función preallocate(), el espacio reservado para estos ficheros
quedará garantizado y con mucha probabilidad será contiguo. Esta función tiene
útiles aplicaciones en streaming y bases de datos.
Ext4 hace uso de una técnica de mejora de rendimiento llamada Allocate-on-flush,
también conocida como reserva de memoria retrasada. Consiste en retrasar la
reserva de bloques de memoria hasta que la información esté a punto de ser
escrita en el disco, a diferencia de otros sistemas de archivos, los cuales reservan
los bloques necesarios antes de ese paso. Esto mejora el rendimiento y reduce la
fragmentación al mejorar las decisiones de reserva de memoria basada en el
tamaño real del fichero.

3. Ext4 usa checksums en el registro para mejorar la fiabilidad. Esta función tiene un
efecto colateral beneficioso: permite de forma segura evitar una lectura/escritura
de disco durante el proceso de registro en el journal, mejorando el rendimiento
ligeramente.
Ext4 asigna múltiples bloques para un fichero en una sola operación, lo cual
reduce la fragmentación al intentar elegir bloques contiguos en el disco. El
asignador multi-bloque está activo cuando se usa 0_DIRECT o si la asignación
retrasada está activa. Esto permite al fichero tener diversos bloques "sucios"
solicitados para escritura al mismo tiempo, a diferencia del actual mecanismo del
kernel de solicitud de envío de cada bloque al sistema de archivos de manera
separada para su asignación.
Antecedentes
El sistema de Archivos EXT2
Es el Segundo sistema de ficheros Extendido fue pensado (por Rémy Card) como
un sistema de ficheros extensible para Linux y es el sistema de ficheros que tuvo
más éxito en la comunidad Linux y es básico para todas las distribuciones actuales
de Linux. El sistema de ficheros EXT2 se construye con la premisa de que los
datos contenidos en los ficheros se guarden en Bloques de Datos. Estos bloques
de datos son todos de la misma longitud y, si bien esa longitud puede variar entre
diferentes sistemas de ficheros EXT2 el tamaño de los bloques de un sistema de
ficheros EXT2 en particular se decide cuando se crea (usando mke2fs). El tamaño
de cada fichero se redondea hasta un numero entero de bloques. Si el tamaño de
bloque es 1024 bytes, entonces un fichero de 1025 bytes ocupará dos bloques de
1024 bytes.
No todos los bloques del sistema de ficheros contienen datos, algunos deben
usarse para mantener la información que describe la estructura del sistema de
ficheros. EXT2 define la topologia del sistema de ficheros describiendo cada uno
de ellos con una estructura de datos inodo.
Un Inodo describe que bloques ocupan los datos de un fichero y también los
permisos de acceso del fichero, las horas de modificación del fichero y el tipo del
fichero. Cada fichero en el sistema EXT2 se describe por un único inodo y cada
inodo tiene un único número que lo identifica. Los inodos del sistema de ficheros
se almacenan juntos en Tablas de inodos.
Los directorios EXT2 son simplemente ficheros especiales (ellos mismos descritos
por inodos) que contienen punteros a los inodos de sus entradas de directorio.
Principales características de EXT2

4. • Al crear el sistema de archivos, el administrador puede elegir el tamaño de
bloque (desde 1KB hasta 4KB), dependiendo de la longitud media esperada de los
archivos. Por ejemplo, un bloque de 1KB es preferible cuando la longitud media es
menor de uno miles de bytes debido a que produce menos fragmentación interna.
Por otro lado, el tamaño grande de bloque es preferible para archivos mayores de
miles de bytes dado que producen menos transferencias de disco.
• El administrador puede elegir al crear el sistema cuantos inodos permitir en una
partición, dependiendo del número de archivos almacenados en él. Esto maximiza
el uso efectivo del espacio utilizable de disco.
• El sistema de archivos particiona los bloques de disco en grupos. Cada grupo
incluye bloques de datos e inodos almacenados en pistas adyacentes. Gracias a
esta estructura, los archivos en un único grupo de bloques pueden ser accedidos
con un tiempo de búsqueda medio menor.
• El sistema de archivos preasigna bloques de datos de disco a archivos regulares
antes de que estos se utilicen. Así, cuando un archivo incrementa su tamaño,
varios bloques ya están reservados en posiciones físicas adyacentes, reduciendo
la fragmentación del archivo.
• Soporta enlaces simbólicos rápidos. Si el nombre de camino del enlace
simbólico tiene 60 bytes o menos, se almacena en el inodo y puede así traducirse
sin leer un bloque de datos.
• Una implementación cuidadosa de la estrategia de actualización de archivos que
minimiza el impacto de las caídas del sistema.
• Soporte para comprobaciones automáticas de consistencia sobre el estado del
sistema de archivos en el arranque del sistema. Estas comprobaciones se realiza
mediante el programa /sbin/e2fsck, que puede activarse no solo tras caídas del
sistema, sino después de un número predefinido de montajes (se incrementa un
contador después de cada operación de montaje), o después de cierta cantidad de
tiempo transcurrida desde la comprobación más reciente.
• Soporte de archivos inmutables (no pueden ser modificados) y para archivos
solo-añadir (solo podemos añadir datos al final de archivo). Ni el superusuario
puede sobrepasar estas clases de protección.
• Compatibilidad con las semánticas de los ID de grupo de un nuevo archivo de
los sistemas de archivos de System V y BSD. In System V un nuevo archivo
asume el ID de Grupo del proceso que lo crea; en BSD, un nuevo archivo hereda
el ID de Grupo del directorio que lo contiene. Ext2 incluye una opción de montaje
que especifica que semántica utilizar.
Ext3:

5. Ext3 (third extended filesystem o tercer sistema de archivos extendido) se
diferencia de ext2 en que trabaja con registro por diario (journaling) y porque utiliza
un árbol binario balanceado (árbol AVL, creado por los matemáticos rusos
GeorgiiAdelson-Velskii y Yevgeniy Landis) y también por incorporar el
método Orlov de asignación para bloques de disco (el mismo que se gestiona a
través de los mandatos lsattr y chattr). Además ext3 permite ser montado y
utilizado, como si fuera ext2 y actualizar desde ext2 hacia ext3 sin necesidad de
formatear la partición y, por tanto, sin perder los datos almacenados en ésta. Es el
sistema de archivos predeterminado en CentOS 5 y Red Hat Enterprise Linux 5.
Ext4:
Ext4 (fourth extended filesystem o cuarto sistema de archivos extendido) es un
sistema de archivos con registro por diario, publicado por Andrew Morton como
una mejora compatible con el formato Ext3 el 10 de octubre de 2006. El 25 de
diciembre de 2008 se publicó la versión 2.6.28 del núcleo de Linux, la cual eliminó
la etiqueta experimental de código de Ext4. Las mejoras respecto de Ext3
incluyen, entre otras cosas, el soporte de volúmenes de hasta 1024 PiB, soporte
añadido de extents(conjunto de bloques físicos contiguos), menor uso de recursos
de sistema, mejoras sustanciales en la velocidad de lectura y escritura y
verificación más rápida con fsck. Es el sistema de archivos predeterminado
en CentOS 6 y Red Hat Enterprise Linux 6.
Ext4 es el sistema de archivos actualmente utilizado en la mayoría de las
distribuciones modernas de Linux, y ya es considerado bastante estable y
seguro, con el mínimo riesgo de pérdida de información. No por nada Google ha
migrado toda su infraestructura de servidores (la más grande del mundo)
deExt2 a Ext4.
La mayoría de los dispositivos actuales con Android utilizan el sistema de
archivos YAFFS, el cual a pesar de ser ligero y optimizado para el
almacenamiento en memorias flash, tiene el problema de que sólo maneja un
proceso a la vez, lo cual eventualmente ocasionará cuellos de botella en sistemas
concurrentes de doble núcleo, la siguiente generación de dispositivos con Android.
Los desarrolladores de aplicaciones para Android no deben tener ningún problema
con este cambio a Ext4, siempre y cuando usen el API de alto nivel para
almacenamiento, el cual es totalmente seguro. Si a pesar de ello, los
desarrolladores acceden directamente al sistema de archivos, sólo deben tener
cuidado en almacenar a tiempo la información contenida en el buffer temporal (una
característica básica y esencial de Ext4), conservando así la persistencia de datos.

6. Por cierto, no hay planes inmediatos de implementar el sistema de
archivos Btrfs (de Oracle), ya que aún no se considera lo suficientemente maduro
para ser usado a nivel producción.
Ventajas y desventajas
Linux soporta diferentes sistemas de archivos, entre los que se incluyen ext2, ext3,
ReiserFS, XFS ó JFS. El sistema de archivos nativo de Linux, que además, fue
creado en exclusiva para este sistema operativo es el ext. Actualmente el sistema
que está empezando a utilizarse en sistemas linux es ext4, que es el sucesor de
facto del actual ext3. Veamos cuáles son las ventajas y desventajas que conlleva
la migración de nuestros discos duros al nuevo sistema de archivos:
El sistema de archivos ext4 nace para implementar algunas nuevas características
que el ext3, dado que se hacía imposible incorporarlas al propio ext3. El desarrollo
de ext4 empezó en Noviembre de 2006, aunque ha sido desconocido para la
mayoría de usuarios de Linux hasta ahora, que empieza a aparecer por defecto en
distribuciones como Fedora, o como opción en distribuciones como ubuntu.
Ventajas del ext4:
-Rendimiento y tasas de transferencia bastante superiores a ext3
-Sistemas de ficheros de mayor tamaño: el tamaño máximo de ext3 es de 32
“teras” (Tb-Terabyte) mientras que el ext4 permitirá tamaños de hasta 1 exabyte
(1024 Petabytes – Pb) (1024*1024 Tb). Esto puede no ser importante para los
usuarios de escritorio, pero sí es importante para servidores con grandes arrays
de discos.
- Extensiones: Se mejora la eficiencia de los descriptores de disco, reduciendo los
tiempos de borrado de ficheros largos, además de otras ventajas.
- Preasignación persistente: Si una aplicación necesita espacio de disco
predefinido previamente a usarlo, la mayoría de Sistemas Operativos lo hacen
escribiendo ceros en un espacio de disco no usado. ext4 permite esta
preasignación sin hacer esto, mejorando el rendimiento de bases de datos y
herramientas multimedia.
- Ubicación retrasada: ext4 puede retrasar la ubicación de espacio de disco hasta
el último momento, mejorando el rendimiento.
- Más subdirectorios: Si alguna vez te ha fastidiado que un directorio sólo pueda
contener 32.000 subdirectorios en ext3, te alegrará saber que este límite se ha
eliminado en ext4.
- Checksums: ext4 añade dígitos de control (checksum) a los datos, que mejora la

7. fiabilidad y el rendimiento.
- Desfragmentación: Aunque ext3 apenas se fragmenta, los ficheros almacenados
siempre tienen cierta tendencia pequeña a estar fragmentados. ext4 añade
soporte para la desfragmentación, que mejorará el rendimiento global.
- Undelete: ext4 soporta undelete (desborrado), herramienta para recuperar
archivos que han sido borrados de forma accidental.
- Comprobación de ficheros más rápida: ext4 añade estructuras de datos que
permite a fsck saltarse partes no usadas del disco que está comprobando.
- Timestamp de nanosegundos: La mayoría de sistemas de archivos, incluyendo
ext3, incluyen un timestamp (marca de tiempo) con precisión de un segundo. ext4
añade la precisión de este dato hasta el nanosegundo. Asimismo se dispondrá de
marcas de tiempo hasta el año 2514 el lugar del 2038 del ext3.
Debido a que ext4 todavía está en una fase temprana de desarrollo, quizá no
estaría recomendado para sistemas importantes en producción, aunque llevando
más de un año de corrección de bugs, se considera actualmente estable y
recomendado para sistemas domésticos o sistemas en producción no
estrictamente vitales. Quitando algunas aplicaciones que se muestran
incompatibles con ext4 por la utilización de entrada/salida a disco no estándar, el
resto de aplicaciones mostrarán un incremento notable de rendimiento con ext4,
ya que ext4 rinde mejor no sólo que ext3, sino también sobre otrosfilesystems.