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Welche Dateisysteme gibt es? Welches ist das richtige für NAS? ext4 oder Btrfs?
Stefan Hedwig
25. Mai 2022

Welche Dateisysteme gibt es? Welches ist das richtige für NAS? ext4 oder Btrfs?

Die Auswahl des richtigen Dateisystems ist eine wichtige Entscheidung bei der Ersteinrichtung eines NAS (Network Attached Storage)-Systems – unabhängig vom Hersteller. Synology NAS-Systeme bieten generell zwei Dateisysteme an: ext4 und Btrfs. Daher stellt sich bei vielen die Fragen: Welches ist das richtige Dateisystem für mein NAS? Um das genau beantworten zu können, ist es hilfreich zu wissen, was ein Dateisystem genau ist, welche Dateisysteme es generell gibt und ob sich für den Privatnutzen ein anderes Dateisystem als für die Nutzung in Unternehmen empfiehlt.

Was ist ein Dateisystem?

Das Dateisystem regelt die Ablage von Dateien auf einem Datenträger, z. B. auf einer Hard Disk Drive (HDD/Festplatte) oder Solid State Drive (SSD). Eine der wichtigsten Aufgaben des Dateisystems ist das physische Auffinden und Schreiben oder Lesen von Dateien auf den verschiedenen Speichermedien. Einzelne Dateien werden mithilfe von Dateinamen und Pfaden organisiert.

Darüber hinaus definiert das Dateisystem die Dateinamenskonventionen, Dateiattribute und Zugriffskontrolle. In Betriebssystemen dient das Dateisystem als die Schnittstelle zwischen den zahlreichen Anwendungen, die einen Dateizugriff benötigen, und dem physischen Datenträger. Unterschiedliche Betriebssysteme wie Windows oder macOS haben unterschiedliche Dateisysteme, die nicht miteinander kompatibel sind. Gängige Dateisysteme von Windows-Umgebungen sind FAT (File Allocation Table) oder NTFS (New Technology File System). Bei Apple-Rechnern kommt das Hierarchical File System (HFS) zum Einsatz.1

Linux-Rechner basieren hingegen insbesondere auf dem Dateisystem Ext (Extended File System) sowie seine Weiterentwicklungen. Für die auf Linux-basierten Synology NAS-Systeme kommen hierbei zwei Dateisysteme zum Einsatz: ext4 und Btrfs.

Vor- und Nachteile der einzelnen Dateisysteme

Jedes Dateisystem hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Folgend eine kleine Übersicht für jedes Dateisystem.

exFAT-Dateisystem

exFAT ist das von Microsoft entwickelte Dateisystem und die modernere Variante von FAT32. Beide Varianten genießen hohe Kompatibilität. exFAT ist vor allem für Flashspeicher gut geeignet, wie z. B. USB-Geräte oder SD-Karten. Im Gegensatz zu FAT32 unterstützt exFAT Dateigrößen über 4 GB und kann sowohl in Windows als auch mit Mac verwendet werden.

NTFS-Dateisystem

NTFS zeichnet sich in Windows-Umgebungen dadurch aus, dass es sehr große Dateien unterstützt und zahlreiche Funktionen bietet.

HFS-Dateisystem

HFS(Plus) profitiert in Apple-Umgebungen ebenfalls von der Unterstützung riesiger Dateien, kann aber von Windows nicht gelesen werden.

Ext4-Dateisystem

Ext4 ist das Hauptdateisystem vieler Linux Versionen (z. B. Ubuntu) und die aktuellste Version von extended filesystem (ext).

Folgende Vorteile bietet ext4 gegenüber seinen Vorgängern:

  • verbesserte Datensicherheit

  • integrierte Verschlüsselung (ab Linux Kernel 4.1)

  • das Extents-Feature bietet Geschwindigkeitsvorteile bei der Verwaltung großer Dateien und beugt der Fragmentierung vor

  • Rechteverwaltung möglich

  • Unterstützung von:

    • 16 TB maximaler Dateigröße

    • 1 Exabyte maximale Dateisystemgröße

    • 255 Bytes maximale Dateinamenlänge2

Btrfs-Dateisystem

Btrfs wird seit einiger Zeit als Nachfolger des bislang im Linux-Umfeld vorherrschenden extended filesystem (ext) angesehen. Da allerdings beide Dateisysteme bestimmte Vorteile mit sich bringen und auch beide aktiv weiterentwickelt werden, hat Btrfs diese Nachfolge bisher nicht realisiert. Btrfs bietet stattdessen eine weitere Alternative für Anwender.3 Btrfs wurde konzipiert, um die Hindernisse wie Fehlertoleranz, Verwaltung und Datenschutz anzusprechen, die häufig bei Speichersystemen in Unternehmen auftreten. Auch viele Einschränkungen der ext-Vorgänger wurden beseitigt, insbesondere in Bezug auf die maximale Größe der Dateien.

Folgende Vorteile bietet Btrfs:

  • erweiterter Speicherbereich (2^64 Byte)

  • effizientes Speichern kleiner Dateien und Verzeichnisse

  • Snapshots

  • mehrere Subvolumen

  • Datenkompression

  • Dateisystemcheck und Defragmentierung während des Betriebs

  • effiziente interne inkrementelle Datensicherung

  • Copy-On-Write für geringe Auswirkung auf Speicher und Leistung

  • Prüfsummen für erhöhte Datenintegrität

Welches Dateisystem soll ich für mein Synology NAS wählen?

Softwareseitig werden die Dateisysteme ext4 und Btrfs generell ab Diskstation Manager (DSM) 6.0 unterstützt. Hardwareseitig gibt es bei Btrfs jedoch Ausnahmen. Da Btrfs sehr leistungshungriger ist, benötigen NAS-Systeme dafür einen starken Prozessor und ausreichend Arbeitsspeicher. So können kleinere Einsteigermodelle Btrfs nicht bewerkstelligen. Dementsprechend unterstützt Synology Btrfs ab den Modellen, in denen mindestens eine 64-Bit-CPU und 2GB Arbeitsspeicher verbaut sind. Mit Synology NAS-Systemen, die Btrfs und ext4 unterstützen, können Nutzer also je nach Bedarf und Präferenz ein Volume in einem dieser Dateisysteme erstellen.

Im Synology Speicher-Manager können Nutzer das Volume erstellen und als Dateisystem Btrfs oder ext4 wählen.

Typische Einsatzszenarien für Btrfs

Btrfs eignet sich in erster Linie zum Speichern wichtiger Geschäftsdaten, die Datenintegrität und Schutz erfordern. Zudem empfiehlt sich das Dateisystem für allgemeine Dateifreigabe oder Bereitstellung von iSCSI LUNs für die Servervirtualisierung. Die Architektur und Funktionen von Btrfs ermöglichen es, den benötigten Speicher drastisch zu reduzieren. Darüber hinaus kann es die Administration und Speicherdelegation erleichtern, z. B. durch benutzerdefinierte Aufbewahrungsrichtlinien oder das Erstellen von Benutzerquoten für jeden freigegebenen Ordner. Detaillierte Erläuterungen von weiteren Funktionen und Vorteilen durch Btrfs gibt es hier.

Ab DSM 7.0.1 ist die zusätzliche Erweiterung Btrfs (Peta Volume) auf bestimmten Synology NAS-Modellen verfügbar. Mit Btrfs (Peta Volume) können Nutzer mehrere große gemeinsame Ordner oder Sicherungsdateien speichern. Es eignet sich somit sehr gut als Dateiserver oder Datenarchiv.

Skalierbarer Enterprise Storage mit Btrfs Dateisystem und Peta Volume von Synology

Typische Einsatzszenarien für ext4

Btrfs hat also einen sehr erweiterten Funktionsumfang. Daher ist es keine Überraschung, dass dieses Dateisystem leistungshungriger ist als ext4. Ext4 hat geringere Hardwareanforderungen und wird deswegen auch in kleineren Synology NAS-Systemen eingesetzt, wie z. B. in der J- und Value-Serie. Darüber hinaus findet ext4 Anwendung in Bereichen, in denen der Leistungsvorteil wichtiger ist als eine erhöhte Datenintegrität und Funktionalität, die Btrfs bietet. Der Bereich der Videoüberwachung ist so ein Beispiel, wo Anwender ext4 Btrfs vorziehen könnten, da hier kontinuierlich eine große Menge an Daten geschrieben werden.

Btrfs, Btrfs (Peta Volume) und ext4 im Vergleich

Btrfs oder ext4 für Synology NAS? Dateisysteme im direkten Vergleich

Kann ich das Dateisystem nachträglich wechseln?

Eine oft gestellte Frage ist, ob man flexibel von einem Dateisystem auf das andere wechseln kann. Grundsätzlich ist bei der Formatierung einer Festplatte immer Vorsicht geboten. Unabhängig vom NAS-Hersteller oder Dateisystem ist es sehr ratsam, im Vorhinein zu klären, ob ein Wechsel ohne Datenverlust möglich ist oder ob erst alle Daten per Backup gesichert und dann wieder auf den Datenträger zurück kopiert werden müssen.

Wenn auf einem Synology NAS-System ein Volume mit ext4-Dateisystem im Betrieb ist und Nutzer zu einem Btrfs-Dateisystem wechseln möchten, empfiehlt sich folgende Vorgehensweise:

  1. Backup der Daten erstellen, die sich auf dem ext4-Volume befinden

  2. Ext4-Volume entfernen

  3. Gesicherte Daten auf das neu erstellte Btrfs-Volume übertragen

Dieser Artikel erklärt die Vorgehensweise weiter im Detail.

Sind Synology NAS kompatibel mit anderen Dateisystemen, wie exFAT, NTFS oder HFS/ HFS Plus?

Indem Nutzer ein externes Laufwerk an das NAS-System anschließen, können sie dessen Laufwerkskapazität nutzen. Das ist möglich über einen vom System erstellten freigegebenen Ordner für USB-Laufwerke oder eSATA-Laufwerke. Der freigegebene Ordner wird automatisch entfernt, wenn das externe Laufwerk vom System getrennt wird. Das Synology NAS erkennt dann die folgenden Formate: Btrfs, ext3, ext4, FAT32, exFAT, HFS, HFS Plus und NTFS. Wird ein externes Laufwerk nicht erkannt, muss es zuerst formatiert werden, bevor es im System verwendet werden kann. Im Gegensatz zu den anderen gelisteten Dateisystemen benötigt exFAT ein Zusatzpaket. Nachdem Microsoft 2019 angekündigte, exFAT in den Linux-Kernel zu integrieren, können Synology-Nutzer exFAT kostenlos installieren. Dafür müssen Sie ihr NAS lediglich auf DSM 7.0 oder höher aktualisieren.

Fazit

Das Dateisystem spielt eine elementare Rolle in einem Synology NAS. Btrfs eignet sich in erster Linie zum Speichern wichtiger Daten, die hohe Datenintegrität und Schutz erfordern. Es empfiehlt sich für allgemeine Dateifreigabe oder Bereitstellung von iSCSI LUNs für die Servervirtualisierung. Ext4 hat geringere Hardwareanforderungen. Daher wird es auch in kleineren Synology NAS-Systemen eingesetzt. Zudem können bestimmte Anwendungen von dieser Eigenschaft profitieren, wie beispielsweise die Videoüberwachung.

Sollten sich Nutzer für ein Synology NAS-Modell entscheiden, welches Btrfs unterstützt, dann empfiehlt es sich – in den meisten Fällen – auch dieses Dateisystem zu nutzen. Falls Nutzer noch nicht sicher sind, welches Synology NAS-Modell das richtige für ihre Bedürfnisse ist, dann schlägt ihnen der online NAS-Berater erste passende Modelle vor.

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