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© U.S. Navy / James R. Evans

Volle Pulle

Aktuelle Dateisysteme im Vergleich

17.03.2009
Können die Neueinsteiger Btrfs und Ext4 den traditionellen Linux-Dateisystemen den Rang ablaufen? Wir messen nach.

Ein knappes Jahr lang waren sich alle großen Distributionen in einer zentralen Frage einig: Ext3 ist das Linux-Dateisystem der ersten Wahl. Von diesem Gedanken muss man sich nun verabschieden, da mit Ext4 ein ebenso stabiler, aber noch schnellerer Nachfolger existiert. Obendrein hält ab Kernel 2.6.29 mit Btrfs ein neues Dateisystem in den Kernel Einzug, das Ext4 an Performance kaum nachsteht, aber deutlich mehr Features mitbringt.

Dieser Artikel testet die Performance der Dateisysteme Btrfs, Ext2, Ext3, Ext4, Reiserfs, Reiser4 und XFS mit drei einfachen Tests (siehe Kasten "So haben wir getestet"). Mit Ausnahme von Ext2 arbeiten sämtliche Dateisysteme mit Journaling, was bei der Administration des Filesystems einen leichten Mehraufwand bedeutet, dafür aber langwierige Dateisystemchecks erspart.

So haben wir getestet

Für die Tests benutzten wir ein System mit Phenom-II-CPU, 786 MByte RAM, OpenSuse in der 64-Bit-Version und Kernel 2.6.29rc4 beziehungsweise 2.6.28 für die Reiser4-Tests. Die in den Grafiken dargestellten Werte ermittelte der synthetische Benchmark Bonnie++ in Version 1.03e [1]. Zwei Skripts simulierten zudem den Einsatz von sehr kleinen und großen Dateien. Für den Test mit kleinen Dateien kopierten wir die kompilierten Kernelquellen des Kernels 2.6.29rc4 hin und her und maßen dabei die Zeit. Beim ISO-Test mussten die Dateisysteme eine 2 GByte große ISO-Datei kopieren. Von sämtlichen Benchmarks fanden mindestens sechs Durchläufe mit jeweils drei Ergebnissen statt. Das beste und das schlechteste Resultat strichen wir, aus den übrigen wurde der Durchschnittswert ermittelt. Sämtliche Tests führten wir im Runlevel 1 durch, um möglichst keine durch Hintergrundprozesse verfälschten Werte zu erhalten. Dem mount-Befehl übergaben wir außer dem Dateisystemtyp keine weiteren Optionen.

Während sich das Betriebssystem auf einer alten P-ATA-Platte befand, nutzten wir für die Benchmarks eine brandneue 80-GByte-SSD von Intel und eine ältere Barracuda von Seagate (ebenfalls 80 GByte). Die Solid State Disk liest laut hdparm -tT 147 MByte/s, die Seagate-Platte liefert laut Hdparm Leseraten von 75 MByte/s. Abgesehen von den deutlich besseren Transferraten der SSD gegenüber der konventionellen Platte gab es bei den Benchmarks jedoch keinen SSD-Favoriten: Die relativen Werte verhielten sich auf beiden Platten in etwa identisch, allerdings stieg durch die höhere Transferrate die CPU-Belastung bei den SSD-Benchmarks deutlich an. Die im Artikel erwähnten Werte und die Grafiken beziehen sich jeweils auf die traditionelle Seagate-Platte, nicht auf die SSD.

Der Klassiker

Bonnie++ gehört zu den Klassikern unter den Dateisystemtests. Der synthetische Benchmark misst neben den Transferraten für das blockweise und sequentielle Schreiben/Lesen auch die CPU-Belastung und die Transferraten beim Überschreiben. Für diesen Artikel riefen wir Bonnie++ mit folgendem Befehl auf:

§ bonnie++ -d $DIR -s 2000 -u root -q

Das Testfeld zeigt sich beim Bonnie-Benchmark relativ ausgeglichen (Abbildung 1 und 2) und generiert auf der Seagate-Platte Leseraten um 70 MByte/s sowie Schreibwerte von gut 30 MByte/s. Einzig Btrfs fällt beim sequenziellen Lesen aus dem Rahmen. Als jüngstes Dateisystem im Test hat Btrfs allerdings noch viel Verbesserungspotenzial, das Dateisystem gilt noch als experimentell. Einen detaillierten Artikel zu Btrfs lesen Sie in dieser Ausgabe [2].

Abbildung 1: Mit Ausnahme von Btrfs, das beim sequentiellen Lesen komplett einbricht und auch beim blockweisen Lesen etwas zurückliegt, kommen sämtliche Dateisysteme ziemlich nahe an die von hdparm gemessenen 75 MByte/s heran.
Abbildung 2: Beim Schreiben holen sich Btrfs, Ext4 und Reiser4 die ersten drei Plätze, Ext2 landet leicht abgeschlagen auf dem letzten Platz.

Bei der Auswahl des passenden Dateisystems sollte man allerdings nicht alleine auf die Performance setzten, wie die CPU-Werte von Bonnie++ deutlich zeigen (Abbildung 3). Während Ext2 und Reiser4 den Prozessor beim Schreiben mit lediglich 15 Prozent belasten, benötigt die Konkurrenz etwa das Doppelte an CPU-Leistung für den Schreibvorgang. Das neue Btrfs kommt sogar auf über 40 Prozent CPU-Last. Bei Ext2 bleibt die Prozessorbelastung relativ niedrig, weil das Dateisystem kein Protokoll schreibt. Reiser4 profitiert von der B*-Baumstruktur, wodurch die Daten im Prinzip ebenfalls nur einmal geschrieben werden müssen.

Abbildung 3: Ext2 und Reiser4 gehen beim Bonnie++-Benchmark am sparsamsten mit der CPU um.

Beim Lesen scheint Btrfs dieses Manko wieder zu beheben, bleibt es doch deutlich unter den Werten der Konkurrenz. Ein Blick auf Abbildung 1 zeigt jedoch, dass Btrfs auch deutlich langsamer liest, was die geringe Belastung erklärt. Die CPU-Last nimmt unabhängig vom Dateisystem mit der Performance zu: So maß Bonnie++ auf einer Solid State Disk von Intel beim Lesen (150 MByte/s) CPU-Lasten zwischen 40 und 60 Prozent, beim Schreiben (80 MByte/s) verursachten sämtliche Dateisysteme über 90 Prozent Last.

Reale Daten

Bonnie++ misst mit synthetischen Daten. Da die Werte in den meisten Fällen bei echten Dateien etwas niedriger ausfallen, und um einen direkten Vergleich zu haben, kopierten wir per Skript eine 2 GByte große ISO-Datei von einem Unterverzeichnis in ein anderes. Den relevanten Teil des ISO-Benchmarks zeigt Listing 1. Auch diesen Test ließen wir mehrere Male durchlaufen, wobei das Skript die Platte stets neu formatierte. Die in Abbildung 4 zu sehenden Werte ermittelten wir aus den Resultaten von Kopieren1 und Kopieren2, das schlechteste und das beste Ergebnis fiel jeweils aus der Wertung.

Abbildung 4: Generationenwechsel bei den Dateisystemen: Die Neuen (Btrfs, Ext4 und Reiser4) arbeiten bei großen Dateien klar schneller als die traditionellen Dateisysteme.
Listing 1
mkdir $DIR/bench1
mkdir $DIR/bench2
cp bigfile.iso $DIR/bench1
echo "Kopieren1"
time cp -r $DIR/bench1/* $DIR/bench2/
echo "Löschen1"
rm -fr $DIR/bench1/*
echo "Kopieren2"
time cp -r $DIR/bench2/* $DIR/bench1/
echo "Löschen2"
rm -fr $DIR/*

Im Unterschied zu den Ergebnissen von Bonnie++ zeigt sich hier eine klare Zweiklassengesellschaft mit den relativ jungen Dateisystemen Btrfs, Ext4 und Reiser4 in der ersten Liga. Die älteren Semester Ext2, Ext3, Reiserfs und XFS liegen rund 15 Prozent zurück.

Der direkte Vergleich unseres ISO-Benchmarks mit den Bonnie++-Werten zeigt, dass Ext3, Reiserfs und XFS nicht an die theoretischen Werte herankommen (Abbildung 5). Die absoluten Unterschiede von rund 10 MByte/s ergeben sich dadurch, dass es sich bei Bonnie++ um die Schreibwerte handelt, unser Test ermittelt einen Durchschnitt aus Lese- und Schreibwerten.

Abbildung 5: Bei Btrfs, Ext2, Ext4 und Reiser4 beträgt der Unterschied zwischen den synthetischen Daten und dem ISO-Benchmark nur rund 10 MByte/s, bei Ext3, Reiserfs und XFS dagegen bis zu 15 MByte/s.

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Kommentare
Nicht Böse sein
Seraphyn Christian M. Grube, Mittwoch, 18. März 2009 20:01:32
Ein/Ausklappen

aber den letzten Test von Dateisystemen hatte ich, wenn ich mich recht entsinne, in dem Linux-Magazin gelesen.
Warum geht so etwas eigentlich nun in Richtung LinuxUser?
Aber schön finde ich, dass er Online zu lesen ist, Danke
Gruss


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