ext4、ntfs、xfs、btrfs、zfs、f2fs和reiserFS文件系统性能对比-Toy模板网

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ext4、ntfs、xfs、btrfs、zfs、f2fs和reiserFS性能测试对比

原文地址：CSDN 博客

1. 前言

目前的文件系统五花八门，从人人皆知的 ext4、ntfs 和 xfs，到 btrfs、zfs 等小众文件系统，可谓是琳琅满目，让人难以抉择适合自身业务的文件系统。

本文总结了国外网友在 OpenBenchmark 网站上的结果，并给出不同情境下各大文件系统的性能表现与对比。

目前所涉及到的文件系统包括：

btrfs
xfs
ext4
f2fs
reiserFS
ntfs
zfs

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2. Linux 4.4 Benchmark

测试基准数据来源于 Linux 4.4 File-Systems。

2.1 测试环境

名称	配置
处理器	Intel Xeon E5-2687W v3 @ 3.5GHz(20 Cores)
主板	MSI X99S SLI PLUS(MS-7885) v1.0
芯片组	Intel Xeon E7 v3
内存	16GB
硬盘	PNY CS1211 120GB + 80GB Intel SSDSCKGW08
操作系统	Ubuntu 16.04
内核版本	4.4.0-040400-generic(x86_64)
GCC	GCC 5.3.1 20160122

各文件系统挂载选项：

文件系统	挂载选项
btrfs	relatime,rw,space_cache,ssd,subvol=/,subvolid=5
xfs	attr2,inode64,noquota,relatime,rw
ext4	data=ordered,relatime,rw
f2fs	acl,active_logs=6,background_gc=on,extent_cache,inline_data,relatime,rw,user_xattr
reiserFS	relatime,rw
ntfs	allow_other,blksize=4096,group_id=0,relatime,rw,user_id=0
zfs	defaults

2.2 测试手段

对于文件系统的 benchmark，分为以下的测试手段：

aio-stress：使用 SuSE 开发的异步 I/O 框架，测试异步 I/O 在高压环境下的随机写入能力。
sqlite：测量 SQLite 数据库进行固定数量的 Insert 操作的写入用时，此为数值越小越好的测试。
flexible IO tester：无缓存情况直写磁盘的情况下，测试硬盘对 4KB 大小的块的随机读写及顺序读写能力。
fs-mark：创建众多的 1MB 文件以测试文件系统写入能力。
dbench：模拟多用户读写压力的 benchmark 工具。
compilebench：通过内核树的编译与更新，模拟并测试硬盘快满且文件夹存放过久后的表现。

2.3 测试结果

测试结果的总表如下，其中标 ^ 的为同测试中最优数据，标 * 为最差数据。数据单位均为 MB/s 或秒，且仅保留整数部分。：

测试	btrfs	xfs	ext4	f2fs	reiserFS	ntfs	zfs
aio-stress	^2920	2385	2424	1606	1606	11*	146
sqlite (越小越好)	755*	379	384	471	384	^294	501
fio: 随机读取	104	109	110	104*	112	^215
fio: 随机写入	84	80	79	95	75*	^98
fio: 顺序读取	113*	185	185	184	185	^219
fio: 顺序写入	81*	93	87	84	96	^101
fs-mark: 1K 文件	35	35	35	^60	31*	35	37
fs-mark: 5K 文件, 4 线程	68	71	^112	76	79	41*	59
fs-mark: 5K 文件, 32 子目录	35	35	36	^60	31*	34	36
dbench: 6 客户	53	^62	61	54	47	29*	60
dbench: 12 客户	105	^118	107	96	74	30*	117
compilebench: 创建内核树	160	206	314	^339	115	44*	145

各个测试的图表如下：

2.4 各大文件系统对比

高并发读写：btrfs 最优，xfs 及 ext4 稍好，zfs 及 ntfs 最差。
随机读写：ntfs 最优，其余相差不大。
顺序读写：ntfs 最优，btrfs 最差，其余相差不大
顺序多文件写入：f2fs 最优，其余相差不大。
并发多文件写入：ext4 最优，ntfs 最差，zfs 较弱，其余相差不大。
顺序多文件写入不同子目录：f2fs 最优，其余相差不大。
多客户使用体验：xfs 最优，ntfs 最差，reiserFS 较弱，其余皆优秀。

通过此 benchmark，可以发现各个文件系统具有特性，且各有优缺点：

btrfs 仍处于开发阶段，其 COW (Copy On Write) 机制使其对数据库的插入操作表现较差。
xfs 和 ext4 的综合素质优秀，特定能力上不会过于耀眼，但是对用户来说综合体验最佳。
f2fs 在多文件情境下表现出色。
reiserFS 即将被 reiser4 文件系统取代，综合性能大不及其它系统。
ntfs 在串行的工作模式下，其随机读写和顺序读写能力都极高；反之，其在高并发高压环境下表现不佳。

注：fio 测试中缺少 zfs 相关数据，将在之后的测试中重新进行分析。

3. ZFS Ubuntu 16.04 测试

由于 zfs 相关数据在第 2 章的测试中不够完善，因此本章补充 zfs 相关的测试内容。

本章数据参考自 ZFS Ubuntu 16.04 Testing。

3.1 测试环境

名称	配置
处理器	Intel Xeon E5-2687W v3 @ 3.5GHz(20 Cores)
主板	MSI X99S SLI PLUS(MS-7885) v1.0
芯片组	Intel Xeon E7 v3
内存	16GB
硬盘	PNY CS1211 120GB + 80GB Intel SSDSCKGW08
操作系统	Ubuntu 16.04
内核版本	4.4.0-21-generic (x86_64)
GCC	GCC 5.3.1 20160122

各文件系统挂载选项：

文件系统	挂载选项
zfs	defaults
ext4	data=ordered,relatime,rw
btrfs	relatime,rw,space_cache,ssd,subvol=/,subvolid=5
xfs	attr2,inode64,noquota,relatime,rw

注：此环境与测试 2 中基本一致，可以联合查看。

3.2 测试手段

对于文件系统的 benchmark，分为以下的测试手段：

fs-mark：创建众多的 1MB 文件以测试文件系统写入能力。
blogbench：模拟一个博客网站的压力场景，测试随机读写的能力。
dbench：模拟多用户读写压力的 benchmark 工具。
iozone：发起众多不同类型的 I/O 请求，测试文件系统的性能。
compilebench：通过内核树的编译与更新，模拟并测试硬盘快满且文件夹存放过久后的表现。、

3.3 测试结果

与 2.3 中测试样式基本一致，所使用单位为 MB/s 或其他特殊的单位：

测试	xfs	ext4	btrfs	xfs
fs-mark: 1K 文件	^37	35	35	34*
fs-mark: 5K 文件, 4 线程	59*	^112	67	69
fs-mark: 5K 文件, 32 子目录	^36	35	35*	35
blogbench: 读取	358K*	563K	2719K	^3688K
blogbench: 写入	906*	^13086	7602	5382
dbench: 6 客户	59	^61	52*	60
iozone: 4Kb, 8GB 读取	1131*	^6272	6225	6138
iozone: 4Kb, 8GB 写入	201*	464	^478	464
compilebench	178*	^372	191	252

3.4 zfs 性能分析

相较于其他常用的文件系统，zfs 在性能上并不能占得太多优势，相反地，zfs 在各方面的性能上都不及其它的文件系统。

但这并不意味着 zfs 一无是处，zfs 的使用场景主要位于多硬盘体系，其最具特色的功能在于其提供文件系统级别的 raid 阵列能力，因此仍然有不少的适用场景。

4. 关于性能测试

性能测试并不代表文件系统的实际体验，在读者阅读此篇文章之前，需要明确此点。

许多文件系统并不一定专门为性能而生，它们都有自己的适用场景，每个文件系统都有其独特的设计初衷。例如：

btrfs 和 zfs 都具有 COW(Copy On Write) 机制。COW 机制使得它们在进行修改操作时具有不俗的性能，但也带来了磁盘空间的浪费，并增加了读取时的消耗。
btrfs 和 zfs 都自带 raid 功能。在数据可用性有要求的情况下，相比其他的文件系统，它们能提供开箱即用的 raid 阵列能力。
btrfs 对所有数据都带有 checksum 机制，确保文件完整性。
xfs 具有动态 inode 分配能力，适合大文件分配。
… …

因地制宜，适才取用，才是程序员之道。