Ext4 Fast Commit

本文涉及的产品
日志服务 SLS,月写入数据量 50GB 1个月
简介: # 概述Fast Commit 是 Linux 5.10 引入的一个新的轻量级日志方案,根据 ATC-17 的论文 “iJournaling: Fine-Grained Journaling for Improving the Latency of Fsync System Call” 实现。在我们常用的 ext4 data=ordered 日志模式下,fsync() 系统调用会因为无关 IO

概述

Fast Commit 是 Linux 5.10 引入的一个新的轻量级日志方案,根据 ATC-17 的论文 “iJournaling: Fine-Grained Journaling for Improving the Latency of Fsync System Call” 实现。
在我们常用的 ext4 data=ordered 日志模式下,fsync() 系统调用会因为无关 IO 操作导致显著的时延。Fast Commit 根据写入日志中的元数据反推,只提交与当前 transaction 相关的操作,从而优化 fsync() 的时延。
启用 Fast Commit 特性后,系统中将会有两个日志,快速提交日志用于可以优化的操作,常规日志用于标准提交。其中 Fast Commit 日志包含上一次标准提交之后执行的操作。
从作者的 benchmark 测试数据来看,打开 Fast Commit 特性后,本地 ext4 文件系统有 20% ~ 200% 的性能提升;NFS 场景也有 30% ~ 75% 的性能提升。

Benchmark Config w/o Fast Commit w/ Fast Commit Delta
Fsmark
Fsmark
Local, 8 threads
NFS, 4 threads
1475.1 files/s
299.4 files/s
4309.8 files/s
409.45 files/s
+192.2%
+36.8%
Dbench
Dbench
Local, 2 procs
NFS, 2 procs
33.32 MB/s
8.84 MB/s
70.87 MB/s
11.88 MB/s
+112.7%
+34.4%
Dbench
Dbench
Local, 10 procs
NFS, 10 procs
90.48 MB/s
34.62 MB/s
110.12 MB/s
52.83 MB/s
+21.7%
+52.6%
FileBench
FileBench
Local, 16 threads
NFS, 16 threads
10442.3 ops/s
1531.3 ops/s
18617.8 ops/s
2681.5 ops/s
+78.3%
+75.1%

如何使用

Alibaba Cloud Linux 3 / Ali5000 已经升级到 Linux 5.10 内核,因此内核默认已经支持 Fast Commit 特性。
但当前默认安装的 e2fsprogs 版本为 1.45.6,从 e2fsprogs 上游提交记录来看,需要 1.46.0 版本才支持 Fast Commit,因此当前在 Alibaba Cloud Linux 3 / Ali5000 中还不能直接使用该特性。

1、下载最新的 e2fsprogs 包并编译。

wget https://git.kernel.org/pub/scm/fs/ext2/e2fsprogs.git/snapshot/e2fsprogs-1.46.2.tar.gz
tar -xvf e2fsprogs-1.46.2.tar.gz
cd e2fsprogs-1.46.2
./configure
make

2、格式化打开 fast commit 特性。

./misc/mke2fs -t ext4 -O fast_commit /dev/vdc1

dumpe2fs 可以看到已经打开 fast commit:
Filesystem features: has_journal ext_attr resize_inode dir_index fast_commit filetype extent 64bit flex_bg sparse_super large_file huge_file uninit_bg dir_nlink extra_isize

此外,超级块中多出 Overhead blocks 字段:
Overhead blocks: 126828

同时,Journal size 也由默认的 128M 变成 130M,应该是默认 fast commit journal size 为 journal size / 64 带来的增量:
Journal size: 130M

性能测试

在 Alibaba Cloud Linux 3 中使用 fs_mark 对比测试结果显示,性能有 1 倍以上的提升,表明在频繁 fsync() 场景的确有很大性能提升,对数据库 MySQL/PostgreSQL 等场景会有较大的性能优化。

测试命令为 2 线程:

./fs_mark  -d  /mnt/vdc1/testdir1/  -d  /mnt/vdc1/testdir2/  -D  16  -N  256  -n  409600  -L  1  -S  1  -s  4096

测试结果(data=ordered, barrier):

Test Round w/o Fast Commit w/ Fast Commit Delta
Round 1 5528.5 11448.1 +107.07%
Round 2 5512.3 11499.9 +108.62%

测试结果(data=writeback, nobarrier):

Test Round w/o Fast Commit w/ Fast Commit Delta
Round 1 7976.0 18437.4 +131.16%
Round 2 8005.2 18471.0 +130.74%

Reference

ATC-17 论文:
https://www.usenix.org/system/files/conference/atc17/atc17-park.pdf

LWN 文章:
https://lwn.net/Articles/842385/

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