Тестирование двенадцати файловых систем в Linux

Введение

В прошлый раз мы тестировали производительность файловой системы ReFS в Windows 10. Там мы затронули некоторые ФС из мира Linux, которые показали достаточно вялые результаты, поскольку из-за ограничений Windows чтение и запись были недостаточно хорошо реализованы. На сей раз подобная несправедливость будет устранена, теперь роли меняются, и файловые системы NTFS, FAT32 и exFAT уже сами становятся гостями. Методика тестирования была усовершенствована, теперь все операции выполняются специальным скриптом, с точностью до миллисекунды замеряющим время, затраченное на определенную операцию. Кроме того был изменен набор данных, вместо поочередного копирования групп различных файлов проводится копирование сразу всех файлов разных типов. Также тестирование теперь не ограничивается только жестким диском, здесь были задействованы более актуальные в настоящее время твердотельные и flash накопители. На каждом из них для размещения тестовых данных был создан раздел объемом 4 Гб, вторым устройством для перемещения данных выступал созданный в оперативной памяти раздел объемом 2304 Мб с файловой системой TMPFS. Поскольку flash-память имеет ограниченное количество циклов перезаписи, то в оценке производительности на данном типе носителей участвовали только нежурналируемые файловые системы.

Тестовая система:

• Процессор: Xeon E5440 @ 3.4 ГГц
• GIGABYTE GA-P35-DS3L
• Оперативная память: 3584 МБ DDR2-800
• Жесткий диск: Seagate Barracuda 7200.10 3250410AS 250 ГБ
• Твердотельный накопитель: SanDisk SDSSDHII-120G-G25 120 ГБ
• MicroSD карта SanDisk Ultra 16 Гб UHS-I, поключенная с помощью адаптера MXT
• Ubuntu 16.04 x64 с последними обновлениями

Набор данных:

• 100 MP3 файлов - 681,3 Мб
• 880 JPEG изображений 268,8 Мб
• 4 видеоролика в формате MP4 - 492,7 Мб
• 1 ISO образ - 583 Мб
• Суммарный объем: ~2 Гб

Краткая характеристика участников тестирования:

EXT2 - расширенная версия первой файловой системы EXT для ОС на ядре Linux.

EXT3 - журналируемая EXT2.

EXT4 - значительно расширенная по функционалу EXT3.

BTRFS - прогрессивная файловая система, использующая СУБД-подобную структуру , а также предлагающая множество современных опций.

F2FS - файловая система от Samsung, предназначенная для использования на flash-памяти.

ReiserFS - журналируемая ФС от компании Namesys, позволяющая изменять свой размер на лету без размонтирования.

XFS  - высокопроизводительная 64-битная журналируемая файловая система, созданная компанией Silicon Graphics.

JFS - 64-битная журналируемая ФС, разработанная IBM с прицелом на высокую производительность, надёжность и масштабируемость для многопроцессорных компьютеров.

HFS+ - файловая система, использующаяся в macOS.

NTFS - ФС для Windows NT, выросшая из HPFS, совместной разработки IBM и Microsoft для OS/2.

FAT32 - усовершенствованная версия файловой системы FAT для DOS и Windows.

exFAT - расширенная версия FAT32, предназначенная для flash-накопителей.

Результаты тестов:

Итак, для начала запишем наши данные на жесткий диск с гораздо более быстрой оперативной памяти. Считывание происходит моментально, а вот скорость записи служит характеристикой быстродействия конкретной файловой системы для данного типа накопителя.

Новая файловая система F2FS демонстрирует отличный результат, опережая своих оппонентов. За ней следуют продвинутые журналируемые ФС, в основном использующиеся в NIX системах. Гости из Windows, а также устаревшие EXT2 и EXT3 заметно отстают.

Теперь проделаем тоже самое, но уже с быстрым твердотельным накопителем.

Разрыв между первым и замыкающим участниками заметно вырос. На сей раз в лидерах созданная профессионалами Sun Microsystems система XFS, которая показала результат близкий к максимальной пропускной способности интерфейса SATA-II. BTRFS, все еще считающая в некоторых аспектах не совсем стабильной, находится в нижней части списка. Работающая в пользовательском пространстве с помощью специального драйвера, NTFS показала почти в четверо более низкий результат, чем XFS.

А теперь данные будут переноситься наоборот с дисков в ОЗУ. Так как запись происходит очень быстро, то распределение файловых систем в диаграмме будет зависеть от их производительности при считывании.

Ситуация похожа на ту, которая была продемонстрирована в первом тесте. Но тут FAT32 поднялась сразу на семь позиций, а на ее место переехала BTRFS. Устаревшие EXT2 и EXT3 снова замыкают список.

Теперь очередь за SSD.

Видно, что разница сократилась, поскольку и твердотельный накопитель и оперативная память довольно быстрые устройства, и одно лишь это устраняет различные недостатки, присущие каждой их файловых систем. XFS выдала просто ошеломительный результат, практически уперевшись в пропускную способность SATA-II. Более усложненная BTRFS на второй позиции. Несмотря на прослойку в виде FUSE, NTFS заняла довольно почетное место.

Настала очередь flash-накопителей.

exFAT обошла F2FS в тесте записи примерно на 18%. EXT2, как и в предыдущих испытаниях, плетется в конце.

Ну и, наконец, чтение с flash-памяти.

FAT32 показывает, кто здесь царь. Несмотря на почтенный возраст, она и не собирается сдавать своих позиций. К сожалению максимальный размер файла в FAT32 ограничен четырьмя гигабайтами, что совершенно не подходит для тех же фильмов в высоком качестве. Однако, ее замена в лице exFAT отменяет данный изъян ценой всего лишь десятипроцентной потери производительности.

И ради интереса был проведен еще один тест с участием только RAM-дисков (копирование ISO-образа).

Заключение

Мир Linux открывает перед пользователями Windows множество граней, одной из которых является наличие гораздо большего количества различных файловых систем. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, кто-то силен в одних ситуациях, кто-то в других. И в проведенном тестировании мы попытались выявить данное распределение сил.

В результате наших проверок выяснилось, что более новые и хорошо отлаженные файловые системы стремятся показать более высокую производительность. И наоборот, устаревшие системы уменьшают скорость выполнения операций чтения-записи. Но данное правило не всегда строго выполняется, так как характеристики конкретной файловой системы могут не всегда соответствовать определенным в текущий момент условиям использования, для которых подходит пусть менее передовая, но более подходящая система.

Разумеется в подавляющем большинстве случаев нет возможности менять файловую систему одномоментно с изменившимися критериями эксплуатации. Но в этом и не будет особой необходимости, если заранее оценить рабочее окружение и возможные сценарии использования и лишь затем принимать решение о выборе файловой системы.