Kernel Linux 6.17: quali sono i file system più veloci per prestazioni al top

Con il rilascio del kernel Linux 6.17, annunciato da Linus Torvalds, l’attenzione della comunità si è spostata sui file system e sulle loro prestazioni. La nuova versione del “nocciolo” di Linux introduce infatti miglioramenti cruciali sia a livello di funzionalità che di performance, rispondendo alle esigenze moderne di storage ad alte prestazioni, affidabilità e gestione avanzata dei dati.

Cos’è un file system e perché è importante

Un file system corrisponde all’infrastruttura logica che permette al sistema operativo di memorizzare, organizzare e recuperare i dati su dispositivi di archiviazione, come SSD, hard disk o memorie persistenti. Esistono file system generalisti, come EXT4 e XFS, ottimizzati per uso generico, e file system specializzati, come F2FS per memorie flash od OpenZFS per carichi enterprise e database.

I file system si differenziano tra loro per vari aspetti:

• Gestione dei metadati: come sono archiviate e recuperate le informazioni su file e directory.
• Supporto concorrenza e multithreading: capacità di gestire accessi simultanei senza rallentamenti.
• Resilienza e integrità dei dati: prevenzione della corruzione, gestione dei crash e tolleranza ai guasti hardware.
• Ottimizzazione per il tipo di storage: HDD, SSD, NVMe o memorie persistenti, ciascuno con caratteristiche differenti di latenza e throughput.

A grandi linee, queste differenze determinano l’efficienza di un sistema in scenari reali, dai server di database ai carichi desktop o embedded.

Miglioramenti introdotti nel kernel Linux 6.17

Linux 6.17 porta con sé diverse innovazioni chiave che rendono questo kernel particolarmente rilevante lato file system:

• Scalabilità di EXT4 e miglioramenti del VFS. EXT4, uno dei file system più utilizzati, ha visto un incremento della scalabilità e della gestione degli attributi dei file. Il Virtual File System (VFS) ora permette di gestire attributi estesi anche su file speciali come FIFO, socket e dispositivi a blocchi. Questo consente alle applicazioni user space di operare con maggiore flessibilità sui metadati e migliora la compatibilità con nuovi carichi di lavoro.
• Introduzione del file system NOVA. Il file system NOVA (Non-Volatile Memory Accelerated) è progettato per memorie persistenti e SSD NVMe. Garantisce prestazioni elevate in termini di latenza sulle operazioni che coinvolgono i metadati e assicura tempi di recupero più brevi dopo un crash. Una scelta ideale per database, calcolo ad alte prestazioni e applicazioni enterprise critiche, migliorando drasticamente l’I/O nei sistemi più esigenti.
• Miglioramenti nella gestione dei guasti. Per file system multi-dispositivo come Btrfs e Bcachefs, il kernel Linux 6.17 introduce patch che notificano al file system la possibile sparizione di un’unità prima che l’evento possa presentarsi avvenga. Ciò riduce il rischio di corruzione e aumenta la resilienza e la stabilità in configurazioni RAID o array hardware complessi.
• Ottimizzazioni per SSD. Nel kernel Linux 6.17, è stata introdotta una nuova funzionalità per migliorare l’efficienza della scrittura di zeri su SSD, in particolare su dispositivi NVMe e SCSI. Questa funzionalità sfrutta i comandi nativi dei dispositivi per eseguire l’operazione in modo più diretto e con minore latenza, rispetto ai metodi tradizionali che richiedono più passaggi software. L’ottimizzazione è particolarmente utile in scenari nei quali è necessario “resettare” rapidamente lo spazio su disco, come nel caso della cancellazione di file temporanei o della preparazione di volumi per nuove scritture.

Kernel Linux 6.17: piattaforma ideale per confrontare i file system moderni

Il kernel Linux 6.17 rappresenta una base particolarmente solida per confrontare i file system grazie alle numerose migliorie introdotte sia a livello di scalabilità sia di gestione del VFS.

Le ottimizzazioni su EXT4, il supporto avanzato per metadati estesi, le nuove funzionalità per SSD NVMe e memorie persistenti, così come la gestione anticipata dei guasti in file system multi-dispositivo, permettono di valutare le prestazioni dei vari file system in scenari realistici e complessi.

In termini di workload, EXT4 si distingue nei carichi di lavoro generici e sequenziali, garantendo un equilibrio tra velocità e affidabilità; XFS mostra prestazioni superiori in scritture sequenziali e operazioni multi-threaded, rendendosi ideale per server database e sistemi enterprise.

F2FS brilla in I/O random su memorie flash, grazie alla sua ottimizzazione per SSD; Btrfs, con la sua architettura copy-on-write, offre robustezza e snapshot avanzati ma soffre in operazioni random intensive; OpenZFS è eccellente nei carichi di database e nella gestione dei metadati complessi.

Bcachefs, pur promettente per future implementazioni (Torvalds ha stabilito che trattasi di un progetto “mantenuto esternamente” al kernel), attualmente mostra prestazioni inferiori nei test out-of-the-box con configurazioni standard.

Performance e punti di forza dei file system su Linux

File system	Carichi in cui eccelle	Carichi in cui rallenta	Note principali
EXT4	I/O sequenziale, carichi generici	I/O random intenso	Migliorata scalabilità e gestione metadati; bilanciato e affidabile
XFS	Scritture sequenziali, multi-threaded	Operazioni su singolo file piccolo	Ottimo per database e server enterprise
F2FS	I/O random su SSD	Scritture sequenziali su HDD	Ottimizzato per memorie flash, eccellente in SSD moderni
Btrfs	Snapshot, carichi di lettura multi-threaded	I/O random intensivo	Copy-on-write robusto, ma meno performante su piccoli I/O casuali
OpenZFS	Gestione metadati complessi, database	I/O sequenziale semplice	Altamente resiliente e affidabile, più lento in scenari standard
Bcachefs	Carichi sequenziali multi-disco (futuro)	Configurazioni out-of-the-box standard	Ancora in maturazione nella mainline; promettente ma attualmente più lento