XFS与EXT4 Direct IO写USB性能分析与优化

"深入探讨xfs与ext4在direct方式下写USB存储的性能差异与优化" 在Linux内核4.19.67版本中，针对文件系统性能进行了对比分析，特别是关注xfs和ext4在direct I/O模式下写入USB磁盘的性能。通过执行`dd`命令进行基准测试，发现在该环境下xfs的写入速度平均为9.4M/s，而ext4的速度在6.6M/s到8.8M/s之间波动，通常在7.5M/s左右。 1. **xfs与ext4的写入机制差异**： - xfs使用iomap机制，将数据结构（struct bio）直接提交到block层，这确保了数据以2M连续内存的页形式提交。 - ext4则依赖filemap，并通过fs/direct-io接口提交数据（struct bio），这种方式并未保证数据在内存中的连续性。 2. **性能差异的关键因素**： - 这种性能差距的关键在于，即使数据大小相同，iomap保证了2M的连续内存，而direct-I/O则不保证，这影响了数据传输效率。 3. **block层的处理**： - block层通过queue_rq回调函数将数据包装成struct blk_mq_queue_data结构，然后传递给SCSI层。 4. **SCSI层的处理**： - SCSI层接收到数据后，将其转换为struct scsi_cmnd格式，通过消息方式传递给USB-storage驱动。 5. **数据拆分策略**： - 尽管block层的缓冲区大小为2M，但在提交到SCSI层（进一步到USB-storage）时，会根据设备配置进行拆分，例如默认按照120K进行拆分。 6. **性能优化点**： - max_sectors配置对性能有很大影响。将max_sectors设置为4096扇区（等于2M）可以显著提升性能，ext4的写入速度从7.5M/s提升到9.5M/s，xfs则从9.4M/s提升到10.4M/s。 7. **xfs优于ext4的原因**： - xfs在申请内存页时保证了连续性，这使得DMA（Direct Memory Access）能更高效地运行，从而提高了写入速度。相比之下，ext4不保证内存页的连续性，导致其性能逊色于xfs。 通过这些深入的分析，我们可以理解xfs和ext4在direct I/O模式下的性能差异，并找到优化USB存储写入性能的方法。优化文件系统的配置，特别是max_sectors参数，可以有效地改善直接写入操作的效率。对于需要高写入速度的应用场景，选择xfs或优化ext4的配置可能是有益的策略。