Linux LUKS und Auswahl des Dateisystems

Welches Dateisystem zeigt die beste Leistung, wenn es auf einer LUKS-verschlüsselten Partition ausgeführt wird? Ist es sinnvoll, f2fs zu verwenden, wenn sich die LUKS-Partition auf einer SSD befindet, oder macht die Device-Mapper-Abstraktion die SSD-Optimierungen von f2fs unbrauchbar?

Es gibt viele Ratschläge, aber nur sehr wenige empirische Ergebnisse für die Effizienz der Verschlüsselung.

Ich habe eine solche Studie gefunden: SSD Linux-Benchmarking: Vergleich von Dateisystemen und Verschlüsselungsmethoden . In der folgenden Tabelle sind die Kennzahlen real / user / sys und die besten Ergebnisse sind grün gefärbt, während die schlechtesten rot gefärbt sind:

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Basierend auf diesen Ergebnissen hat der Autor beschlossen, dm-crypt im aes-xts-plain-Modus mit 128-Bit-Schlüssellänge und btrfs mit ssd-Ausrichtung und zu verwenden compress=lzo.

Ein weiterer nützlicher Artikel ist Die Auswirkung der Linux-Festplattenverschlüsselung auf die Leistung unter Ubuntu 14.04 LTS . Es untersuchte die CPU-Auslastung während der Installation anhand der drei Konfigurationen der Standardinstallationsoptionen (keine Festplattenverschlüsselung), der vollständigen Festplattenverschlüsselungsmethode mit LUKS für LVM und der eCryptfs-basierten Verschlüsselung des Basisverzeichnisses. Die Ergebnisse sind in der folgenden Grafik zusammengefasst. Die Schlussfolgerung lautet, dass die Installation ohne Verschlüsselung durchschnittlich 26% betrug, während die LUKS für LVM- und eCryptfs-Verschlüsselung durchschnittlich 30 bis 31% betrug, sodass beide eine nahezu gleichwertige Leistung aufweisen.

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Ein Artikel, der keine empirischen Ergebnisse hat, aber viele gute Ratschläge gibt , ist LinuX, SSDs und Festplattenverschlüsselung . Ich empfehle, diesen Artikel zu lesen, und hier sind die wichtigsten Ratschläge:

1. Für SSD-Partitionen sollten Sie mindestens die Mount-Optionen hinzufügen noatimeund nodiratimedie Buchhaltung der Zugriffszeiten für Dateien und Verzeichnisse unterdrücken.
2. Richten Sie Ramdisks mit tmpfs für temporäre Dateien ein.
3. Ändern Sie den Festplatten-Scheduler so, dass Noop oder Deadline verwendet werden .
4. Aktivieren Sie den Schreibcache auf Geräteebene
5. Parametrieren Sie den Browser so, dass kein Festplatten-Cache verwendet wird.

Ich habe einige Tests mit einem Low-to-Middle-End-System durchgeführt. Ergebnisse unten.

Zusammenfassend scheint die Verschlüsselung die Optimierungen eines Dateisystems nicht unbrauchbar zu machen. Wie Sie in der Tabelle sehen können, war das F2FSDateisystem für dmcrypt / LUKS (AES256) schneller als EXT4in fast allen Szenarien, in denen es standardmäßig schneller war ( dh ohne Verschlüsselung). Etwas überraschend bot es auch einen spürbaren Vorteil in Fällen, in denen es nicht ohne Verschlüsselung wäre - nämlich die Bonnie++ Sequential Output (Per char)und die Flexible I/O Tester Sequential ReadTests.

Für dasselbe Szenario war es in zwei Tests (Sequential Write - Bonnie ++ und FIO) ebenfalls langsamer, aber ohnehin nicht viel langsamer. Ihr Kilometerstand kann variieren.

Ich habe EXT4 wegen der begrenzten Zeit nicht mit AES-128bits getestet, da dies für diese Antwort nicht unbedingt erforderlich wäre.

Hinweis: Beim Testen mit AES-128-Bit habe ich sehr große, seltsame Abweichungen festgestellt. Bis zu 15% Abweichungen in den meisten Tests und sogar 37% (!) In einem Fall. Nicht sicher warum. Ich habe das System für die Dauer der Tests für nichts anderes verwendet. Das System (root) selbst ist mit AES-256 verschlüsselt, daher kann ich mir eine hypothetische Erklärung für CPU-Pipelines / Opcache vorstellen, aber ... kann ich noch nicht wirklich sagen. (Dies geschieht auch beim Testen von einer Live-CD, ohne jemals die AES-256-Bit-Partition freizuschalten. Das ist also nicht der Grund).

Die Abweichung wurde überall unter 3,6% (typisch 1,4%) gehalten. Ich nehme eine Fehlerquote von 4% an. Daher sollten Unterschiede von weniger als 4% für diese Ergebnisse ignoriert werden.

Versuchsaufbau:

SSD: Kingston SV300S37A/120G
Mainboard: ASUS Sabertooth 990FX R2.0
CPU: AMD FX-6350 @ stock
Kernel version: 4.11.3
IO Scheduler: CFQ
All tests were run using an 80GB secondary partition.

Ergebnistabelle im ASCII-Format (Unterschiede, die als "irrelevant" eingestuft werden, werden weggelassen):

                                                                                                                |+===================================+| 
                                                                                                                ||            % Change               ||
                                      |+=====================+=====================+=================+|         ||--------+--------+--------+--------||
                                      ||   (no encryption)   |       AES-256       |    AES-128      ||         ||   F2FS / EXT4   |Crypto / NoCrypto||
|+============+========================+----------+----------+----------+----------+------+----------||=========||--------+--------+--------+--------+|
|| Test suite | Test Method            | EXT4     | F2FS     | EXT4     | F2FS     | EXT4 | F2FS     || Unit    ||nocrypto| aes256 | aes128 | aes256 ||
|+------------+------------------------+----------+----------+----------+----------+------+----------++---------++--------+--------+--------+--------+|
|| Manual     | Read                   | 390.6    | 391.59   | 320      | 325.6    | -    | 345.36   || MiB/s   ||        |        | -11.81 | -16.85 ||
||(cp and dd) | Write (zeros)          | 501.96   | 517.17   | 96.9     | 96.7     |      | 112.16   || MiB/s   ||        |        | -78.31 | -81.30 ||
||            | Write (random data)    | 100.44   | 97.99    | 91.8     | 89.5     |      | 97.64    || MiB/s   ||        |        |        | -08.66 ||
||--------------------------------------------------------------------------------------------------------------||--------|--------|--------|--------||
||            | Seq. Output – Per char | 80.68    | 83.76    | 63.56    | 80.59    | -    | 75.56    || MiB/s   ||        | +26.79 | -09.79 |        ||
||            | Seq. Output – Block    | 498.92   | 492.42   | 104.74   | 101.13   |      | 90.9     || MiB/s   ||        |        | -81.54 | -79.46 ||
|| Bonnie++   | Seq. Output – Rewrite  | 196.4    | 198.99   | 74.69    | 70.8     |      | 70.27    || MiB/s   ||        | -05.21 | -64.69 | -64.42 ||
||            | Seq. Input - Per char  | 86.93    | 86.04    | 84.01    | 81.25    |      | 87.84    || MiB/s   ||        |        |        | -05.57 ||
||            | Seq. Input – Block     | 352.57   | 355.99   | 286.36   | 289.24   |      | 304.5    || MiB/s   ||        |        | -14.46 | -18.75 ||
||            | Random seeks           | 9452.9   | 9102.2   | 8142.3   | 8224.8   |      | 7431.4   || ops/s   ||        |        | -18.36 | -09.64 ||
||--------------------------------------------------------------------------------------------------------------||--------|--------|--------|--------||
|| Fs-mark    | 1000 files, 1 thread   | 193.7    | 236.6    | 93.6     | 103.7    | -    | 73.9     || files/s || +18.13 | +10.79 | -68.77 | -56.17 ||
||            | 5000 files, 4 threads  | 310.1    | 348.8    | 90.9     | 99       |      | 91.6     || files/s || +11.10 | +08.91 | -73.74 | -71.62 ||
||--------------------------------------------------------------------------------------------------------------||--------|--------|--------|--------||
||            | Random read            | 56.77    | 69.86    | 58.79    | 63.51    |      | 61.93    || MiB/s   ||        |        |        |        ||
||            |                        | 14188    | 17461    | 14695    | 15874    |      | 15479    || IOPS    || +23.07 | +08.02 | -11.35 | -09.09 ||
|| Flexible   |                        |          |          |          |          | -    |          ||         ||        |        |        |        ||
|| I/O        | Random write           | 59.91    | 78.99    | 52.2     | 63.75    |      | 67.75    || MiB/s   ||        |        |        |        ||
|| Tester     |                        | 14973    | 19745    | 13046    | 15935    |      | 16934    || IOPS    || +31.87 | +22.14 | -14.24 | -19.30 ||
||            |                        |          |          |          |          |      |          ||         ||        |        |        |        ||
||            | Sequential read        | 284.02   | 247.57   | 95.14    | 95.17    |      | 95.98    || MiB/s   ||        |        |        |        ||
||            |                        | 71001    | 61889    | 23781    | 23788    |      | 23991    || IOPS    || -12.83 |        | -61.24 | -61.56 ||
||            |                        |          |          |          |          |      |          ||         ||        |        |        |        ||
||            | Sequential write       | 94.06    | 100.77   | 100.63   | 96.56    |      | 86.93    || MiB/s   ||        |        |        |        ||
||            |                        | 23512    | 25188    | 25153    | 24137    |      | 21728    || IOPS    || +07.13 | -04.04 | -13.74 | -04.17 ||
|+------------+------------------------+----------+----------+----------+----------+------+----------++---------++--------+--------+--------+--------+|
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