Linux管理・運用の基本

今回は、ファイルシステムについて解説します。 Linuxを使う上で、ext4、xfs、btrfsといった言葉を耳にする機会は多いでしょう。それぞれのファイルシステムは異なる特徴や得意な分野を持ち、用途によって最適解が異なります。 この記事では、それぞれの違いを理解し、目的に合ったファイルシステム選びができるようになることを目指します。

• ext4、xfs、btrfsの特徴と使いどころ
• 用途別・選定のポイント
• 現在利用中のファイルシステムを確認するコマンド
• 運用時に注意したいポイント
• 他にも知っておきたいファイルシステムの概要

ファイルシステムとは、OSがストレージ（HDDやSSD）上のデータを効率的に管理する仕組みです。 ファイルやディレクトリの階層構造、パーミッション（権限）、更新日時といったメタデータの管理も担っています。 つまり、私たちが「ファイル」や「ディレクトリ」という分かりやすい単位でデータを扱えるのは、ファイルシステムのおかげです。

Linuxでは複数のファイルシステムが使え、それぞれ性能・信頼性・機能に違いがあります。 サーバー運用やストレージ管理をする上で、ファイルシステム選びはパフォーマンスや保守性にも直結します。

ここでは、現代Linuxで広く利用されている「ext4」「xfs」「btrfs」の特徴を解説します。

ext4：安定重視・汎用性が魅力

ext4（fourth extended filesystem）は、最も長い実績を持つファイルシステム。多くのLinuxディストリビューションでデフォルトとして採用されてきました。

特徴：

• 抜群の安定性：10年以上の実績があり、トラブル時の情報やノウハウも豊富です。
• ジャーナリング：書き込み時にメタデータを「日誌（ジャーナル）」に記録し、クラッシュ時もファイルシステムの整合性を保ちます。
• 軽快なパフォーマンス：標準的な用途であれば十分な速度を発揮します。

得意なこと：

• 汎用サーバーやデスクトップ、仮想マシンのディスクイメージなど
• 「何も気にせず無難に使いたい」場合のファーストチョイス

運用上の注意点：

• 超大規模（数十TB超）のストレージや、何万という大量小ファイルの運用では、メタデータ管理効率の高いxfs/btrfsに軍配が上がるケースがあります。

xfs：大容量・高スループット志向

xfsは、SGIが開発した大容量・高速I/Oに特化したファイルシステムです。

特徴：

• 巨大なファイルシステムに対応：数百TB〜EBクラスでも安定動作が可能です。
• 並列I/Oに強い：マルチスレッド環境下で高パフォーマンスを発揮します。
• メタデータ管理が効率的：大量の小ファイル運用にも強みがあります。

得意なこと：

• DBサーバー・仮想化基盤・動画配信・大規模ファイルサーバー
• 多量の書き込みや削除が発生するログ用ディスクなど

運用上の落とし穴：

• オンラインでのサイズ縮小（shrink）が不可   →　運用後の容量調整は拡張（grow）のみなので、初期設計で十分な容量を確保する必要があります。

btrfs：進化系・柔軟性と多機能性

btrfs（B-tree file system）は、将来的にext4/xfsを置き換える「次世代」ファイルシステムとして登場しました。

特徴：

• Copy-on-Write（CoW）：瞬時のスナップショット作成を可能にします。
• ソフトウェアRAID機能内蔵：RAID 0, 1, 10などをファイルシステムレベルで構築できます。
• オンラインでのサイズ変更やデフラグが可能：運用を止めずに容量を拡張・縮小したり、パフォーマンスを改善したりできます。

得意なこと：

• こまめなスナップショット運用・バックアップ
• 複数ディスクをまとめた柔軟なストレージ管理

運用上の落とし穴：

• 開発が活発な分、仕様変更やバグの可能性も   →　特に本番環境で利用する際は、カーネルやbtrfs-progsのバージョンを十分に確認し、事前に検証を行うことが推奨されます。
• RAID 5/6構成はまだ発展途上であり、安定性に懸念があるため、重要なデータには慎重な判断が必要です。

Linuxで利用できるファイルシステムはext4/xfs/btrfsだけではありません。用途や要件によっては、下記のような選択肢も検討に値します。

ZFS：究極のデータ保護と統合ストレージ管理

ZFSは、もともとSolaris用に開発された、強力なデータ保護・スナップショット・RAID機能を統合した“ストレージの決定版”とも言われる存在です。

主なメリット：

• 自己修復機能：書き込み時にチェックサムを付与し、読み出し時にデータ破損を即座に検知・修復
• Copy-on-Writeベースの瞬時スナップショットとクローン
• プール（zpool）による柔軟なストレージ統合と高信頼性

注意点・落とし穴：

• カーネル組み込みではないため、OSのアップグレード時に互換性チェックが必要です。
• メモリ消費が多い（推奨8GB以上）ため、小型サーバーや組み込み用途には不向きです。

用途例：

• バックアップ/アーカイブサーバー
• “壊れないストレージ”を目指すインフラ用途

F2FS：SSDのパフォーマンスを最大化

F2FS（Flash-Friendly File System）は、Samsungが開発したSSDやeMMCなどのフラッシュストレージ向けに最適化されたファイルシステムです。

主なメリット：

• 書き込みパターンの最適化により、SSDの耐久性・パフォーマンスを最大化します。
• メタデータ書き込みの効率化と高速なマウント。

注意点・落とし穴：

• サーバー向けには一般的ではないため、主に組み込み/コンシューマ向けでの利用が主流です。
• RAID機能やスナップショットは搭載されていません。

用途例：

• SSD搭載ノートPC、スマートフォン
• Raspberry Piなどの小型システム

exFAT：大容量リムーバブルメディアの定番

exFATは、Windows・macOS・Linuxで相互運用性の高いファイルシステムです。主に大容量USBメモリやSDカードで4GB超のファイルを扱いたい時に用いられます。

主なメリット：

• Windows/Mac/Linux間でファイルの受け渡しがしやすい。
• FAT32の4GBファイル制限を回避できます。

注意点・落とし穴：

• ジャーナリングなし、メタデータ機能が弱いため、信頼性は低めです。
• サーバー用途や重要データの長期保存には不向きです。

用途例：

• USBメモリやSDカード
• データの一時的な受け渡し用ストレージ

実践での選び方のヒント

• 業務サーバー用途ならext4/xfs/btrfs、データ保護最重視ならZFS
• SSD・組み込み用途にはF2FSを検討
• データ受け渡しにはexFATなどを活用

ファイルシステムは一度決めたら変更が困難です。 要件・運用ポリシー・拡張性・障害対応も見据えて、十分な事前検証とバックアップ戦略をもって選択しましょう。

ファイルシステムの確認

$ df -Th

または

$ findmnt -t ext4,xfs,btrfs

新しいディスクをフォーマットする例

$ sudo mkfs.ext4 /dev/sdx1
$ sudo mkfs.xfs /dev/sdx1
$ sudo mkfs.btrfs /dev/sdx1

注意: mkfsコマンドはパーティション内の全データを消去します。実行前にバックアップを必ず取得しましょう。

マウント情報の確認

$ lsblk -f

→ デバイスとファイルシステム種別を一覧できます。

この記事では、Linuxの主要なファイルシステムであるext4、xfs、btrfsについて、それぞれの特徴と選び方を解説しました。

• ext4は、高い安定性と汎用性から、迷ったら選んでおけば間違いない定番の選択肢です。
• xfsは、大容量データや高速なI/O性能を求める場合に力を発揮します。
• btrfsは、スナップショットなどの先進的な機能を活用したい場合に非常に魅力的です。

システムの用途や要件に合わせて、最適なファイルシステムを選択することが、快適なLinux管理・運用への第一歩となります。

この記事がファイルシステムについての理解を深める一助となれば幸いです。ご覧いただきありがとうございました。