コピーオンライト型ファイルシステムと ランダム書き込み

以下動画のスライドです
https://youtu.be/2cRETcddWHA

1. コピーオンライト型ファイルシステムと ランダム書き込み Nov. 14th, 2026 Satoru Takeuchi X: satoru_takeuchi 1
2. はなすこと • 過去にコピーオンライト型書き込みのファイルシステムについて紹介した その112 システム強制終了時にファイルシステムの整合性を保つ ~ コピーオンライト編 ~ ◦ • そこに書いた以下の文言について実機確認 • 細かい書き込みが続くとデータが断片化して性能が落ちがち ◦ • とくにランダム I/Oに弱いHDD 比較対象 ◦ ◦ ext4: ファイル更新時、元々データがあった場所に書き込む Btrfs: ファイル更新時、別の場所に書き込む (コピーオンライトする ) 2
3. 実験環境 • • • • OS: Ubuntu 26.04.1 x86_64 kernel: 7.0.0-43-generic ディスク: HDD(SEAGATE ST3000DM001) ファイルシステム: $ mount | grep /mnt/ /dev/sda1 on /mnt/ext4 type ext4 … /dev/sda2 on /mnt/btrfs type btrfs … • ファイル: $ ls -lh /mnt/ext4/test -rw-rw-r-- 1 sat sat 1.0G Nov 14 20:04 /mnt/ext4/test $ ls -lh /mnt/btrfs/test -rw-rw-r-- 1 sat sat 1.0G Nov 14 20:06 /mnt/btrfs/test 3
4. ファイルの連続性とスループット性能 • /mnt/<ファイルシステムタイプ>/testはブロックデバイス内で連続 $ xfs_io -c fiemap /mnt/ext4/test /mnt/ext4/test: 0: [0..507903]: 278528..786431 1: [507904..1015807]: 802816..1310719 2: [1015808..1523711]: 1327104..1835007 3: [1523712..2031615]: 1851392..2359295 4: [2031616..2097151]: 2375680..2441215 $ xfs_io -c fiemap /mnt/btrfs/test /mnt/btrfs/test: 0: [0..2097151]: 4253696..6350847 • シーケンシャル読み出しのスループットはほぼ同じ # echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches … $ dd if=/mnt/ext4/test of=/dev/null … 1073741824 bytes (1.1 GB, 1.0 GiB) copied, 7.86796 s, 136 MB/s $ dd if=/mnt/btrfs/test of=/dev/null … 1073741824 bytes (1.1 GB, 1.0 GiB) copied, 7.95307 s, 135 MB/s 4
5. 2つのファイルに細かいランダム書き込み • 4KiBのランダム書き込みを合計64MiB実施 ◦ 1回書き込むごとにデータをディスクに同期させる $ fio --name=test --filename=/mnt/ext4/test --rw=randwrite --bs=4k --size=64m --ioengine=sync --fsync=1 … $ fio --name=test --filename=/mnt/btrfs/test --rw=randwrite --bs=4k --size=64m --ioengine=sync --fsync=1 … 5
6. 2つのファイルに細かいランダム書き込み • 4KiBのランダム書き込みを合計64MiB実施 ◦ 1回書き込むごとにデータをディスクに同期させる $ fio --name=test --filename=/mnt/ext4/test --rw=randwrite --bs=4k --size=64m --ioengine=sync --fsync=1 … $ fio --name=test --filename=/mnt/btrfs/test --rw=randwrite --bs=4k --size=64m --ioengine=sync --fsync=1 … • この後それぞれのファイルをシーケンシャル読み出しするとどうなるか? 6
7. ext4の場合 • in-place書き込みなのでデータは依然連続 $ xfs_io -c fiemap /mnt/ext4/test /mnt/ext4/test: 0: [0..507903]: 278528..786431 1: [507904..1015807]: 802816..1310719 2: [1015808..1523711]: 1327104..1835007 3: [1523712..2031615]: 1851392..2359295 4: [2031616..2097151]: 2375680..2441215 • シーケンシャル読み出しのスループットも変わらない $ sudo su root@coffee:/home/sat# echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches … sat@coffee:~$ dd if=/mnt/ext4/test of=/dev/null … 1073741824 bytes (1.1 GB, 1.0 GiB) copied, 7.81697 s, 137 MB/s 7
8. Btrfsの場合 • 書き込むごとにデータが移動し、最終的には16000個以上に断片化 $ xfs_io -c fiemap /mnt/btrfs/test /mnt/btrfs/test: 0: [0..7]: 6438152..6438159 1: [8..15]: 6439256..6439263 … 16335: [131064..131071]: 6358464..6358471 16336: [131072..2097151]: 4384768..6350847 • シーケンシャル読み出しのスループットも約88%劣化 # echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches … $ dd if=/mnt/btrfs/test of=/dev/null … 1073741824 bytes (1.1 GB, 1.0 GiB) copied, 66.4659 s, 16 MB/s 8
9. 注意 • ランダム書き込みの影響でどれだけ性能差が出るかはワークロードによる ◦ ◦ • 今回の実験はかなり極端なケース Btrfsはランダム書き込み時もなるべくデータが連続になるよう工夫されている Btrfsにはコピーオンライトを一部無効化する機能がある ◦ ◦ 例: chattr +C /mnt/btrfs/test こうすると圧縮やデータチェックサム機能などが無効化されるなどの影響が出る 9
10. まとめ • • コピーオンライト型のファイルシステムは高度な機能を実現しやすいが、ランダム書 き込みが多いワークロードで性能が不利になりがち 機能だけでなく性能も考慮して使用するファイルシステムを選ぶとよい 10