Linux内核新补丁提升文件系统性能65%以上，如何实现？

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近期，linux内核社区块层及IO_URING维护者Jens Axboe提交了一组名为Uncached buffered IO的补丁，可将文件系统性能提升65%以上。这组补丁延续了五年前的研究，旨在提出一种解决页缓存现有问题的新方法。Page cache虽能显著提升读写速度，但存在两大弊端：一是缓存回收会大幅提高CPU使用率；二是内存满载时，读写性能骤降，波动剧烈且难以预测。针对这些问题，Jens Axboe的补丁提供了有效解决方案，以下是相关commit message的内容：你或许会疑惑，为何要采用这种方式？原因在于，设备性能不断提升，但回收效率却未能同步提高。传统的缓冲IO操作不仅结果难以预测，还会在回收过程中耗费大量资源。因此，很多人转而使用O_DIRECT作为临时解决方案。然而，O_DIRECT对IO的大小、偏移量和长度有着严格限制，实际应用中存在诸多不便。读取性能参考补丁8，写入性能参考补丁10。总体来看，两项性能均提升了约65%，且IO响应时间十分稳定。同时，CPU使用率显著下降，在采用未缓存IO的情况下，kswapd回收活动已被彻底消除。读写性能差距如下：

采用这一系列补丁后，读写性能更加稳定且可预期。目前，该补丁已支持ext4、xfs和btrfs文件系统。作者表示，此补丁的目标版本为6.14。不过，有兴趣的用户可以手动应用该补丁提前体验。不得不承认，顶级程序员的能力确实远超普通程序员。之前我和同事也经常遇到类似问题：在大量IO操作后，读写性能变得极不稳定。我们的解决办法通常是使用O_DIRECT绕过这个问题，但这也带来了诸多限制，甚至从未想过这问题能被彻底解决。实际上，这个patch系列的思路非常清晰明了：在完成读写操作后，直接触发回写，并回收内存页，整个改动仅三百多行代码。这让我深刻意识到，技术学习的道路依然漫长，我们需要不断向高手学习，共同进步。这个方案展示了一种优雅的解决方式，真正体现了高手在处理复杂问题时的简洁与高效。链接中的讨论也值得细细研读：linux-fsdevel/20241114152743.2381672-2-axboe@kernel.dk/T/">https://lore.kernel.org/linux-fsdevel/20241114152743.2381672-2-axboe@kernel.dk/T/