Belajar Linux Filesystem - Performance Tuning

#Pendahuluan

Dua server dengan hardware yang sama bisa menunjukkan performa storage yang sangat berbeda — semuanya karena konfigurasi filesystem dan kernel. Episode 16 ini membahas lapisan-lapisan yang bisa disetel: mount options, ukuran alokasi, scheduler I/O, dan page cache.

Tapi tuning tanpa pengukuran hanyalah menebak. Karena itu, separuh episode ini membahas benchmarking: fio sebagai standar industri, dd untuk pengukuran cepat, serta iostat dan vmstat untuk membaca perilaku sistem saat workload berjalan.

Aturan emas: ubah satu variabel, ukur, catat, baru ubah berikutnya. Tuning sekaligus banyak hal membuat kalian tidak tahu perubahan mana yang berhasil.

#Mount Options dan Recordsize

#noatime, discard, dan compress

Tiga option yang paling sering berdampak:

• noatime: menghilangkan pembaruan atime — mengurangi tulis pada setiap pembacaan.
• discard: mengirim perintah TRIM ke SSD — menjaga performa tulis jangka panjang.
• compress: kompresi transparan — mengurangi data fisik yang ditulis dan dibaca.

sudo mount -o noatime,discard /dev/loop0 /mnt/lab

discard punya dua mode: discard (berjalan saat file dihapus, sedikit overhead) dan nodiscard + trim terjadwal (lebih prediktif). Pada SSD, pilih salah satu — jangan dua-duanya.

#Recordsize dan Ukuran Blok

Ukuran alokasi menentukan cara file dipetakan ke blok:

• ext4 block size diatur saat mkfs dengan -b (4096 default).
• XFS memakai allocation group dan bisa diatur saat mkfs.
• ZFS recordsize diatur per dataset.
• btrfs beroperasi dengan block group 1GB yang dipecah internal.

Cocokkan dengan pola I/O: 8K untuk database, 1M untuk media besar. Mengukur lebih dulu jauh lebih baik daripada menebak:

stat -f -c '%s' /mnt/lab
zfs get recordsize labpool/data

#Scheduler I/O

#mq-deadline dan BFQ

Kernel Linux memakai scheduler I/O yang mengatur urutan permintaan ke perangkat. Pilihan umum:

• mq-deadline: menyeimbangkan latency dengan batas waktu per permintaan — default untuk SSD.
• bfq: memprioritaskan fairness antar proses — cocok untuk desktop dan sistem interaktif.
• none (atau noop): melempar semua ke perangkat — optimal untuk NVMe yang sudah punya antrian sendiri.

Lihat dan ganti scheduler per perangkat:

cat /sys/block/sda/queue/scheduler
echo mq-deadline | sudo tee /sys/block/sda/queue/scheduler

Ubah default agar persisten dengan parameter kernel elevator=mq-deadline di /etc/default/grub atau file udev rule.

#Queue Depth dan Sektor

Tiga knob tambahan yang jarang dilihat:

• queue/nr_requests: jumlah permintaan yang diantrekan — besarkan untuk HDD.
• queue/max_sectors_kb: ukuran maksimum I/O per permintaan.
• queue/rotational: 1 untuk HDD, 0 untuk SSD.

Periksa nilainya:

cat /sys/block/sda/queue/nr_requests
cat /sys/block/sda/queue/max_sectors_kb

#Tuning Page Cache dan Writeback

#vm.dirty_ratio dan vm.dirty_background_ratio

Kernel menahan tulis di page cache sebelum dikirim ke disk. Dua parameter utama:

• vm.dirty_background_ratio: persentase memori yang memicu writeback di background (default 10).
• vm.dirty_ratio: persentase yang memaksa proses tulis menunggu (default 20).

sysctl vm.dirty_background_ratio vm.dirty_ratio

Pertimbangan: nilai yang besar menumpuk tulis (baik untuk throughput), tapi membuat data tidak aman saat listrik mati. Untuk workload yang mengandalkan fsync (database), biarkan default.

#vfs_cache_pressure

vm.vfs_cache_pressure mengendalikan kecenderungan kernel membuang cache inode/dentry (nilai 100 default). Nilai lebih rendah membuat metadata cache bertahan lebih lama:

sudo sysctl -w vm.vfs_cache_pressure=50

Tuning ini membantu server dengan banyak file kecil yang sering diakses.

#Benchmarking dengan fio

#Profil Pengukuran

Sebelum mengukur, tentukan profil workload yang ingin diuji:

• Throughput: baca/tulis berurutan besar (1M).
• Latency: operasi kecil tunggal (4K, queue depth 1).
• IOPS: operasi kecil paralel (4K, queue depth 32).

Jalankan benchmark fio untuk masing-masing profil:

fio --name=randread --ioengine=libaio --rw=randread \
  --bs=4k --size=1G --numjobs=4 --iodepth=32 \
  --direct=1 --group_reporting

--direct=1 melewati page cache sehingga mengukur perangkat nyata. Ganti --rw dengan randwrite, read, atau write untuk profil lain.

#Membaca Hasil

Output fio menampilkan IOPS, BW (bandwidth), dan clat (latency per operasi). Bandingkan hasil antar konfigurasi dengan hati-hati:

• Ubah satu variabel per percobaan.
• Ukur berulang (3-5 kali) dan ambil median.
• Catat konfigurasi beserta hasilnya dalam tabel.

Untuk pengukuran cepat, dd masih berguna:

dd if=/dev/zero of=/mnt/lab/test bs=1M count=1024 oflag=direct

#Membaca iostat dan vmstat

#iostat

iostat menampilkan utilisasi dan throughput per perangkat:

iostat -x -m 2

Kolom penting: %util (persentase waktu sibuk), await (rata-rata waktu layanan), r/s dan w/s (IOPS baca/tulis), dan rrqm/s (request yang digabung).

#vmstat

vmstat menampilkan aktivitas memori dan I/O sistem:

vmstat 2

Perhatikan kolom bi dan bo (blok masuk/keluar per detik), si/so (swap), dan wa (persentase CPU menunggu I/O). wa yang tinggi adalah tanda bottleneck storage.

#Penutup

Performance tuning adalah siklus ukur-ubah-ukur yang tidak pernah selesai. Dengan menguasai mount options, recordsize, scheduler I/O, dan page cache, kalian bisa mengarahkan performa ke arah yang diinginkan. Dengan fio, iostat, dan vmstat, kalian bisa membuktikan bahwa tuning benar-benar bekerja.

Inti yang harus dibawa pulang:

• Ubah satu variabel, ukur, lalu bandingkan — jangan menebak.
• noatime, discard, dan compress adalah tiga option berdampak besar.
• Scheduler I/O: mq-deadline untuk server, bfq untuk interaktif, none untuk NVMe.
• vm.dirty_ratio mengendalikan keseimbangan throughput vs keamanan data.
• fio --direct=1 mengukur perangkat nyata tanpa page cache.
• iostat dan vmstat adalah radar kalian saat bottleneck muncul.

Di episode 17 selanjutnya kita membahas monitoring dan integrity — df, du, iostat, btrfs device stats, zpool status/iostat, SMART dengan smartctl, integrasi Prometheus, serta jadwal scrub dan alerting. Kalian akan membangun pengawasan filesystem yang menyeluruh.