Maior Desempenho e Performance

BTRFS (B-TREE FILE SYSTEM)

Esse sistema de arquivos foi criado para ser mais completo que os outros disponíveis para Linux, algo como o ZFS é para os sistemas BSD.

Lento, porém rápido

O Btrfs, em diversos testes demonstrou ser mais lento que sistemas utilizados tradicionalmente no Linux, por exemplo, Ext4 e Xfs, porém, utilizamos no BigLinux uma configuração que resulta em uma percepção de desempenho por parte do usuário, mais rápida do que os sistemas de arquivos tradicionais.

Isso ocorre com o uso da compactação ZSTD, os dados do sistema ficam salvos de forma compactada. Na versão 19.04, por exemplo, em Ext4 utiliza 6,08 GB, enquanto em Btrfs utiliza 2,40 GB.

Portanto, mesmo que a leitura e gravação de cada MB, utilizando Btrfs seja mais lenta, em diversos casos é necessário ler e gravar uma quantidade menor de dados, no exemplo apresentado, é necessário ler menos da metade dos dados para realizar as mesmas operações. Dessa forma o tempo para ligar o computador, para abrir programas e diversas outras funções, tende a ser consideravelmente mais rápidas utilizando Btrfs do que outros sistemas de arquivos que não possuem o recurso de compactação.

Isso ocorre, pois, geralmente a parte mais lenta dos computadores é o armazenamento de dados, já o processador tende a ficar ocioso na maior parte do tempo, e o processo de compactação e descompactação aumenta a carga no processador e reduz no dispositivo de armazenamento.

Com os novos dispositivos de alto desempenho, SSD ou NVME, o ganho de velocidade não é perceptível, em geral também não se tem percepção de redução de desempenho, mas, ainda assim temos outros benefícios, por exemplo, o outro efeito da compactação, que é o melhor aproveitamento do espaço, apenas na instalação do sistema se economiza mais de 50% do espaço, que pode ser utilizado para armazenar uma quantidade maior de arquivos.

DISABLE FSYNC

Quando um programa salva um arquivo, esse arquivo primeiro vai para a cache em memória RAM, que é muito mais rápida que o armazenamento, então depois disso o arquivo será realmente salvo no dispositivo de armazenamento, geralmente um HD ou um SSD.

Para o programa saber se o arquivo já foi realmente salvo no armazenamento, é utilizando o fsync.

Geralmente ao efetuar um fsync o programa interrompe os processos e aguarda uma resposta do sistema confirmando que o arquivo foi salvo, após isso o programa segue seus processos.

Uma memória RAM DDR2-400, tecnologia de 2003, tem velocidade de 3200 MB/s, uma memória RAM DDR4-4400 chega a 35200 MB/s, ou mesmo uma popular e já antiga DDR3-1333 chega a 10667 MB/s.

Em 2021 poucos dispositivos de armazenamento NVME, os mais rápidos atualmente, chegam a 3200 MB/s, a maioria dos SSDs chegam a 400 MB/s e os HDs rotacionais em torno de 150 MB/s.

Em quase todos os computadores a diferença de velocidade entre a memória RAM e o dispositivo de armazenamento é no mínimo 10x, muitas vezes a diferença é maior que 100x.

Ao mesmo tempo o fsync é a forma de assegurar que aquela informação realmente foi salva e caso ocorra travamento no sistema ou falta de energia, aquela informação está armazenada.

É uma questão de equilíbrio entre assegurar a integridade dos dados ou assegurar o desempenho.

Por muito tempo ocorreu a discussão sobre utilizar a opção nobarrier no arquivo /etc/fstab, porém isso sempre trouxe grande quantidade de corrompimento de arquivos em situação de falta de energia, o nobarrier é uma forma de ignorar o fsync diretamente no sistema de arquivos.

Aqui o foco é apenas no sistema de arquivos BTRFS, que possui níveis de checagens maiores que a maioria dos sistemas de arquivos, o que evita o corrompimento dos dados.

A forma que consegui atingir um bom nível de desempenho com o mínimo de perda na integridade dos dados foi utilizar o LD_PRELOAD para desativar o fsync e o fdatasync no nível do aplicativo e não do sistema de arquivos.

Para ter mais desempenho também utilizo essas configurações no BTRFS, no arquivo /etc/fstab:

noatime,usebackuproot,space_cache=v2,discard=async,autodefrag,compress-force=zstd:2,commit=10

A opção commit=10 ajuda a melhorar a integridade dos dados, reduzindo de 30 segundos para 10 segundos o tempo que o sistema de arquivos aguarda até salvar os arquivos que estão em cache na memória RAM, tornando bastante improvável que sejam perdidos mais do que os últimos 10 segundos de arquivos salvos no caso de falta de energia.

Essa configuração trouxe grandes ganhos de desempenho, principalmente em computadores que ainda utilizam HD rotacional.

btrfs + zstd que além de rápido, economiza espaço e tem snapshot integrado ao grub
com nofsync deixa ainda mais rápido o sistema.

zram e preload que deixa o carregamento dos programas mais rápido, economizaram sem swap.

customização do TLP (tem uma parte que foi lançada esses dias que melhora ainda mais a performance, mas foi o jibreel que escreveu, eu só ajudei a testar, não sei dizer ao certo que foi implementado.)

optimização dos navegadores web que rodam mais liso e consumindo menos recursos da máquina

altas customizações para diminuir o uso de CPU e memória RAM

render via software, aceleração de navegadores, pre-load, botões, travar desktop, rolagem e indexação de arquivos