一、背景与真实场景

去年我在香港数据中心部署了一批基于NVMe SSD的高性能服务器，用于承载数据库和高并发Web服务。每台服务器搭载 4块企业级PCIe 4.0 NVMe SSD，理论IOPS接近百万级。

刚开始我直接沿用了默认的EXT4文件系统，但在高并发写入和大文件传输时，I/O延迟偶尔飙升到 15ms+，明显拖慢了数据库和日志处理速度。为了找出瓶颈，我进行了系统级别的文件系统对比测试，核心目标是：在NVMe SSD环境下，EXT4 和 XFS 谁更快，如何配置才能榨干性能？

二、文件系统对比原理与测试方法

1. 性能影响因素

• 小文件处理能力：决定日志系统、缓存和小型数据库的性能
• 大文件吞吐能力：影响备份、视频流存储和对象存储场景
• 并发I/O调度能力：决定在高并发访问下延迟和抖动情况
• 日志机制（Journaling）：影响写入延迟和恢复速度

EXT4 使用 JBD2 日志系统，适合通用场景，但多线程写入会遇到全局锁争用。

XFS 的日志独立、并发能力强，能更好地利用 NVMe 的并行队列。

2. 测试环境

硬件：

CPU: AMD EPYC 7xx 32C64T

内存: 256GB DDR4

存储: 4 × Samsung PM9A3 3.84TB NVMe

软件：

CentOS 8 + Linux 5.14 内核

fio 3.25 测试工具（模拟不同I/O负载）

挂载配置：

EXT4: mkfs.ext4 -E lazy_itable_init=0,lazy_journal_init=0 /dev/nvme0n1

XFS: mkfs.xfs -f -m crc=1 -l size=128m /dev/nvme0n1

三、性能测试结果（实测）

我使用 fio 做了 4 组典型测试，分别模拟数据库小IO和大文件顺序写：

# 4K 随机写入
fio -filename=/mnt/testfile -direct=1 -iodepth=64 -thread -rw=randwrite -ioengine=libaio -bs=4k -size=10G -numjobs=16 -runtime=60 -group_reporting -name=4k_rand_write

核心测试结果（平均值）：

结论：

小文件/随机读 EXT4略有优势

大文件写和高并发场景 XFS明显更快且稳定

四、实战优化与配置细节

经过测试，我在生产环境中做了以下优化，性能提升明显：

1. 分区与对齐

parted /dev/nvme0n1 mklabel gpt
parted -a optimal /dev/nvme0n1 mkpart primary 0% 100%

使用 -a optimal 保证分区对齐到SSD页大小（4K）

避免随机写放大，提高SSD寿命

2. 文件系统创建与优化

XFS 创建：

mkfs.xfs -f -m crc=1,finobt=1 -l size=256m,logbsize=256k /dev/nvme0n1

• crc=1 启用元数据校验，防止数据损坏
• logbsize 增大日志块，减少高并发下日志写入瓶颈

EXT4 创建：

mkfs.ext4 -O extent,uninit_bg,dir_index -E stride=128,stripe-width=128 /dev/nvme0n1

• stride/stripe-width 根据SSD页大小优化对齐
• 禁用 lazy_itable_init 在初始化时完全构建索引，提高首轮性能

3. 挂载参数调优

XFS 挂载示例：

mount -t xfs -o noatime,nodiratime,logbufs=8,logbsize=256k /dev/nvme0n1 /data

EXT4 挂载示例：

mount -t ext4 -o noatime,nodiratime,barrier=0,discard /dev/nvme0n1 /data

• noatime/nodiratime 禁止访问时间更新，减少小IO
• discard 允许在线TRIM，保持SSD长时间性能
• XFS 的 logbufs 调大能显著降低写延迟

4. 内核和I/O调度优化

# NVMe 通常推荐 none 或 mq-deadline
echo none > /sys/block/nvme0n1/queue/scheduler
# 调大合适的读写队列深度
echo 1024 > /sys/block/nvme0n1/queue/nr_requests

五、真实部署后的效果

在采用XFS + 调优配置后，我在香港NVMe服务器上观测到：

• 高并发写入延迟从 12-15ms 降到 3-5ms
• 数据库备份速度提升了约 25%
• 长时间运行后性能波动大幅减少（TRIM生效）

最终我选择：

• 数据库和高并发日志服务用XFS
• 静态Web和缓存目录用EXT4

这套方案在实际生产中稳定运行超过半年，性能和稳定性都达到了预期目标。