Ext4 Fast Commit

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	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	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%
	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	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
Round 1	5528.5	11448.1	+107.07%
Round 2	5512.3	11499.9	+108.62%

测试结果（data=writeback, nobarrier)：

	7976.0	18437.4	+131.16%
	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/