EXT4 Linux 6.17: boost di prestazioni con la nuova allocazione dei blocchi scalabile

Con l’imminente arrivo del kernel Linux 6.17, il file system EXT4 riceve una delle revisioni più significative degli ultimi anni in termini di scalabilità dell’allocazione dei blocchi, grazie a una serie di patch sviluppate “ad hoc”. Le migliorie rispondono alle sfide crescenti derivanti dall’utilizzo intensivo dei sistemi multi-core e dall’esecuzione di carichi containerizzati su larga scala.

EXT4 3 è uno dei file system più utilizzati nel mondo Linux, grazie al suo equilibrio tra affidabilità, prestazioni e compatibilità. Introdotto ufficialmente nel kernel Linux 2.6.28, EXT4 supporta volumi e file di dimensioni molto elevate, journaling avanzato, allocazione ritardata e gestione ottimizzata della frammentazione.

Nonostante la disponibilità di file system più moderni come Btrfs e XFS, EXT4 continua a essere la scelta predefinita in molte distribuzioni grazie alla sua maturità, stabilità e basso overhead, rendendolo ideale sia per i sistemi desktop che per i server.

Confronto tra EXT4 e altri file system Linux

EXT4, pur essendo uno dei file system più longevi ancora in uso attivo, continua a mantenere una posizione centrale nel panorama Linux grazie alla sua maturità, efficienza e stabilità comprovata.

Rispetto a file system più moderni come Btrfs e XFS, EXT4 non offre funzionalità avanzate come snapshot o compressione, ma compensa con un basso overhead e una grande compatibilità. Le recenti ottimizzazioni in Linux 6.17 dimostrano che EXT4 può ancora migliorare, soprattutto in termini di scalabilità e gestione efficiente dei blocchi, adattandosi meglio ai sistemi multi-core e agli ambienti containerizzati.

Un collo di bottiglia sotto esame

Nei datacenter moderni, l’aumento del numero di core CPU per macchina e la densità crescente dei container per host hanno evidenziato limiti strutturali nel codice di allocazione dei blocchi di EXT4.

Le analisi svolte da Huawei in ambienti di produzione hanno evidenziato che, quando più thread o processi tentano contemporaneamente di allocare o liberare blocchi di spazio su disco nel file system EXT4, si verifica una forte competizione (contention) per accedere alle stesse risorse condivise all’interno del codice che gestisce queste operazioni critiche.

Tale competizione provoca rallentamenti e riduce l’efficienza complessiva, perché i thread devono attendere il proprio turno per evitare conflitti o incoerenze, limitando così la scalabilità del file system soprattutto su server con molti core e carichi paralleli elevati, come quelli usati per eseguire numerosi container.

18 patch, 3 cicli di revisione: il percorso verso la risoluzione

Per affrontare le problematiche descritte al precedente paragrafo, Baokun Li di Huawei ha proposto una serie di 18 patch che hanno attraversato tre round di revisione prima di essere integrate nel kernel mainline con la release 6.17. L’attenzione dello sviluppatore si è concentrata su un’ottimizzazione della concorrenza nel codice di allocazione.

La riorganizzazione delle strutture dati e l’introduzione di meccanismi di sincronizzazione più granulari, hanno ridotto drasticamente i conflitti interni e migliorato la scalabilità orizzontale del file system.

I test condotti mostrano aumenti sostanziali nel numero di operazioni fallocate (chiamata di sistema che riserva spazio su disco per un file senza inizializzare i dati) per container al secondo. Ciò indica che, anche sotto carichi estremi, EXT4 ora riesce a mantenere livelli di throughput significativamente superiori rispetto alle versioni precedenti.

Un ulteriore beneficio collaterale osservato è la riduzione della frammentazione dei file, probabilmente dovuta a un’allocazione più coerente dei blocchi. Sebbene ciò comporti un leggero incremento della frammentazione dello spazio libero, il compromesso è considerato accettabile, data la maggiore efficienza complessiva in scenari ad alto carico.

Implicazioni per l’enterprise e i workload containerizzati

Le modifiche applicate su EXT4 confermano la rilevanza del file system nel panorama dello storage Linux, anche a distanza di oltre un decennio dalla sua introduzione.

Le ottimizzazioni incluse in Linux 6.17 lo rendono una scelta più solida anche per workload distribuiti, in alternativa ad altri file system più moderni come XFS o Btrfs, soprattutto laddove la maturità e l’affidabilità di EXT4 rimangono criteri fondamentali.