Open Source im professionellen Einsatz
Linux-Magazin 07/2012
© Martin, Fotolia

© Martin, Fotolia

Linux-Dateisysteme im Leistungstest

Formel Storage

Wer ein Rennen gewinnen will, braucht den bestmöglichen Untersatz. Aber für jede Strecke das richtige Filesystem zu wählen gilt als schwierige Kunst. Das Linux-Magazin hat sieben Kandidaten getestet und einige interessante Ergebnisse gefunden, die dem Administrator die Wahl einfacher machen.

898

Der Admin, der einen neuen Server aufsetzt oder ein neues Storage Device einrichtet, steht vor wichtigen Entscheidungen. Soll der Server schnell Unmengen an Dateien wegschreiben, damit das Backupfenster klein bleibt? Oder soll er viele GBytes an Virtualisierungsimages binnen Sekunden ausliefern?

Schon die Wahl des Dateisystems kann dabei beträchtliche Unterschiede ausmachen. Legt der Admin Wert darauf, wenige große oder viele kleine Dateien schnell verfügbar zu haben? Erwartet er überwiegend Lese- oder Schreibzugriffe, verwendet er Solid State Disks (SSD) oder klassische Festplatten? Das Linux-Magazin hat sieben Dateisysteme zahlreichen Tests unterzogen, die Ergebnisse der Benchmarks in diesem Artkel helfen, je nach Anforderung das geeignetste Dateisystem auszuwählen.

Im Testlabor hat dafür eine Transtec Calleo Appliance (Kasten "Test-Hardware") mit acht schnellen Platten einen Raid-0-Verbund mit einer Stripe Size von 64 KByte erhalten. Das Raid ist in je ein SSD-Array und ein HDD-Array aufgeteilt, mit einer identischen Partition auf beiden Arrays, wobei auch das gerade bei Festplatten Performance-relevante Partition Alignment [1] berücksichtigt wurde. Die Partition nimmt folglich ihren Anfang an der LBA-Adresse 2048.

Test-Hardware

Gerät: Transtech Lynx Calleo Application Server 2260: http://www.transtec.de/produkte/server/application-intel

CPU/RAM: Intel Xeon E5-2643 (Quadcore-CPU, 8 Threads, 3,3 GHz) / 32 GByte RAM (DDR-3, 1600 MHz, ECC)

Controller: LSI Logic Mega Raid SAS 9261-8i PCIe x8, 512 MByte Cache

SSD/Festplatten: 2 Stück SATA-II Intel SSD 710 Series (100 GByte) / 6 Stück SAS Toshiba MK2001TRKB 6 GByte/s (2 TByte)

Netzwerk: 4-fach Intel (igb) 1 GBit/s

Betriebssystem: Open Suse 12.1 und Tumbleweed, Kernel 3.1.10 und 3.3.6 (vom 12.5.2012)

Filesysteme und Versionen: Ext 2, Ext 3, Ext 4 (jeweils »e2fsprogs« 1.41.14), Btr-FS (»btrfsprogs« 0.19), Xfs (»xfsprogs« 3.1.6), Reiser-FS (3.6.21), ZFS (0.6.0-rc8).

Betriebs- und Dateisysteme

Als Betriebssystem durfte Open Suse 12.1 mit aktuellen Updates und Kernel 3.1.10 antreten. Für die Vergleichstests mit dem Kernel 3.3.6 (vom 12.5.2012) fiel die Wahl auf die weitgehend identische, auch auf 12.1 basierende Rolling Release mit dem Namen Open Suse Tumbleweed [2].

Unter die Lupe nahmen die Tester die sieben unter Linux wohl am meisten verbreiteten Dateisysteme:

  • Ext 2: Das älteste Ext-Dateisystem, ohne Journal, dementsprechend auch mit wenig Schutz vor Datenverlust, wenn es ernst wird.
  • Ext 3: Der Langzeit-Standard vieler Distributionen.
  • Ext 4: Seit Kernel 2.6.28 der neueste Ext-Standard.
  • Btr-FS: Der Newcomer mit ähnlichen Eigenschaften wie ZFS.
  • XFS: Eines der ältesten Extent-Dateisysteme, entwickelt von SGI.
  • Reiser-FS: Das ursprünglich von Hans Reiser initiierte Dateisystem.
  • ZFS: Das aus der Sun-Welt stammende Dateisystem gilt vielen Experten als das fortschrittlichste.

ZFS steht dabei außer Konkurrenz, weil es erst seit Kurzem – dank des "ZFS on Linux"-Projekts [3] – überhaupt nativ auf Linux zur Verfügung steht. Entwickler Paolo Pantò hat es auch unlängst in den Software-Index des Suse Build System [4] eingebracht. Dennoch: Gerade die für Admins so wichtige Langzeit-Erfahrung existiert damit noch nicht.

Das macht ZFS trotz aller Vorteile und dem guten Ruf zu einer potenziell gefährlichen Sache, zum Beispiel weil mit der Version 0.6 noch keine Format-Festigkeit der Codebasis gegeben ist.

Wer Geschwindigkeiten von Dateisystemen vergleichen will, sollte die absoluten Zahlen, also die Netto-MByte pro Sekunde in den Gafiken oder die Laufzeiten der Benchmarks nicht überbewerten, zu sehr hängen sie von der eingesetzten Hardware ab.

Viel aufschlussreicher ist der direkte Vergleich zwischen den Kandidaten, vor allem beim sequenziellen oder dem zufälligen Lesen und Schreiben. Das zu messen ist die Arbeit von Iozone [5], die Abbildungen 1 bis 4 zeigen die wichtigsten Ergebnisse. Die kompletten Rohdaten stehen auf Linux-Magazin Online Plus zum Download.

Abbildung 1: Sequenzielles Lesen ist die Paradedisziplin der klassischen Festplatten. Im Raid-Verbund liefern sie bisweilen über 650 MByte/s, wobei Ext 4 den Vergleich für sich entscheiden konnte.

Abbildung 2: Beim sequenziellen Schreiben hatte im Test XFS klar die Nase vorn, sowohl auf SSD wie auch auf HDD. Nur mit 4096 Byte großen Blöcken war Ext2 besser. Reiser-FS dagegen offenbarte große Schwächen.

Abbildung 3: Random Read, das Lesen zufällig ausgewählter Blöcke, fällt Festplatten schwer. Das mechanische Positionieren des Lesekopfes bremst sie aus, schon zwei SSDs reichen aus, um zu überholen.

Abbildung 4: Zufälliges Schreiben kombiniert die Schwächen der klassischen Festplatten. SSDs liegen vorne, Btr-Fs leistet sich große Schwächen bei kleinen Blöcken und Reiser-FS überrascht mit guten Werten.

Alle Puffer aus!

Um sicherzustellen, dass auf dem Testsystem keine unerwünschten Optimierungen durch Puffer oder Caches die Ergebnisse verfälschen, etwa mit unterschiedlichen Abweichungen je nach Dateisystem, deaktivierten die Tester sowohl Raid-Controller-Cache als auch alle Festplatten-Caches. Darüber hinaus ist vor jedem Test mittels »sync« und einem doppelten Löschen von Pagecache, Dentries und Inodes (mit »echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches« ) dafür gesorgt, dass der Linux-Kernel selbst nicht die Chance hat, etwaige Optimierungen durchzuführen und I/O-Operationen über Buffers oder Caches zu serialisieren.

Das Benchmarkskript [6] hat jedes Dateisystem mit dem jeweils passenden Mkfs-Tool (bei ZFS »zpool« ) ohne weitere Optionen eigens für den Benchmarklauf vorbereitet. Auch die unzähligen Optimierungsmöglichkeiten (etwa erhöht »btrfs -o ssd« in Einzelfällen den Durchsatz um sagenhafte 30 Prozent) blieben bei den Benchmarks außen vor.

Zusätzlich zu den Iozone-Tests hat der Autor eine lange Reihe eigener Benchmarks durchgeführt, die unter anderem »mkdir« , »touch« , »echo« , »cat« , »dd« , »rm« und »rmdir« in langen Schleifen mit sinnvoll gewählten Werten laufen ließen (Testbeschreibungen und Skripte ebenfalls bei Linux-Magazin Online).

Diesen Artikel als PDF kaufen

Express-Kauf als PDF

Umfang: 4 Heftseiten

Preis € 0,99
(inkl. 19% MwSt.)

Linux-Magazin kaufen

Einzelne Ausgabe
 
Abonnements
 
TABLET & SMARTPHONE APPS
Bald erhältlich
Get it on Google Play

Deutschland

Ähnliche Artikel

  • Pisa-Studie

    Dateisysteme lassen sich ebenso wie Schüler an der Lese- und Schreibleistung messen. Das Linux-Magazin veranstaltet eine Abschlussprüfung für die Dateisysteme Ext 2/3, JFS, ReiserFS und XFS.

  • Qual der Wahl

    Der Umstieg auf ein neues Dateisystem kostet Zeit und Nerven, lohnt sich aber, um die Stabilität und Performance des Rechners zu erhöhen. Dieser Artikel hilft bei der Wahl des optimalen Filesystems.

  • IV. Symphonie von Reiser

    Das neu entwickelte Reiser 4 steht kurz vor seiner Premiere im Kernel 2.6. Es verspricht atomare Transaktionen, schreibt und liest flotter als sein Vorgänger ReiserFS, nutzt die Platte besser und ist durch Plugins erweiterbar. Dancing Trees dirigieren dieses File-Orchester.

  • Im roten Bereich

    Die Serverprodukte von Red Hat und Novell setzen verschiedene Dateisysteme ein. Dieser Artikel zeigt, inwieweit die Distributoren damit die richtige Wahl treffen und welche Alternativen es gibt.

  • Benchmarks

    Neben technischer Raffinesse und Verfügbarkeit trägt die in der Praxis erzielbare Geschwindigkeit wesentlich zur Nutzerzufriedenheit gegenüber jedem Storage-Setup bei. Das Linux-Magazin lässt darum NFS 3 und 4, CIFS-SMB 1 und 2 sowie Gluster-FS und Ceph-FS gegeneinander rennen.

comments powered by Disqus

Ausgabe 09/2016

Digitale Ausgabe: Preis € 6,40
(inkl. 19% MwSt.)

Artikelserien und interessante Workshops aus dem Magazin können Sie hier als Bundle erwerben.