TierWAL 性能基线
TierWAL 三份性能契约 + 稳定性矩阵实测（Release 配置）。数字实测于本机 （12 逻辑核 / .NET 8.0.30 / x64，2026-08-28 当轮）。盘口：C: 为 NVMe SSD、F: 为 WDC 1TB 机械盘（WD10EZEX）——local 介质的延迟由盘的 fsync 成本主导，两盘对照即最坏/最优情形。 探针归属
benchmarks/TC.Tier.Products.Benchmarks（--wal-*-probe路由，同二进制绕开 BDN harness）。
配置
- TierWAL（EntryLog 底层：Managed meta 策略 / 16KB opaque 容器 / 锚点间隔 1024）
- entry 64B；组提交 = 批 1000 显式 CommitAsync 驱动；单条提交 = 三维度全 0（每写即 fsync）
- IO 模式 = FileOpenHints 简写参数（none/wt/dio/dio+wt；meta probe 默认 all 四模式全跑）
- 复现（介质 = spec 参数；磁盘介质将 TMP/TEMP 重定向到目标盘）：
dotnet run -c Release --project benchmarks/TC.Tier.Products.Benchmarks -- --wal-meta-probe local 1000 all # 契约①（IO 模式矩阵） dotnet run -c Release --project benchmarks/TC.Tier.Products.Benchmarks -- --wal-meta-probe virtual 1000 all true # 契约①（virtual 载体写穿档） dotnet run -c Release --project benchmarks/TC.Tier.Products.Benchmarks -- --wal-replay-probe local 500000 64 250000 dio # 契约② dotnet run -c Release --project benchmarks/TC.Tier.Products.Benchmarks -- --wal-catchup-probe local 200000 20000 64 wt # 契约③ dotnet run -c Release --project benchmarks/TC.Tier.Products.Benchmarks -- --wal-snapshot-store-probe local 256 4 64 none # 快照存储选型 dotnet run -c Release --project benchmarks/TC.Tier.Products.Benchmarks -- --wal-append-probe local 1000 5000 wt # 稳定性矩阵（介质 × IO 模式） dotnet run -c Release --project benchmarks/TC.Tier.Products.Benchmarks -- --wal-append-probe virtual 1000 5000 none true # 稳定性矩阵（virtual 载体写穿档）
数字
契约①：选举时间窗口 ↔ 元数据持久化（WriteMetaAsync = stage + 一次 fsync 应答）
1000 次 × 128B 元数据（预热 3 次后采样）。判定线 = 150ms 选举窗口下界。
| 介质 | IO 模式 | p50 | p99 | p99.9 | 判定 |
|---|---|---|---|---|---|
| memory: | buffered | 0.005ms | 0.009ms | 0.019ms | 达标 |
| local @ C: SSD | buffered | 4.13ms | 10.95ms | 56.2ms | 达标 |
| local @ C: SSD | WriteThrough | 0.086ms | 0.573ms | 0.593ms | 达标 |
| local @ C: SSD | DIO | 2.18ms | 5.23ms | 8.52ms | 达标 |
| local @ C: SSD | DIO+WriteThrough | 0.051ms | 0.505ms | 1.69ms | 达标（最快） |
| local @ F: 机械盘 | buffered | 17.1ms | 59.6ms | 102ms | 达标（临界格——机械盘 fsync 方差大，跨轮可翻线） |
| local @ F: 机械盘 | WriteThrough | 0.170ms | 0.389ms | 16.2ms | 达标 |
| local @ F: 机械盘 | DIO | 20.3ms | 96.6ms | 178ms | 不达标 |
| local @ F: 机械盘 | DIO+WriteThrough | 0.127ms | 0.225ms | 0.429ms | 达标（全介质最优） |
| virtual（.tier，F: 盘，句柄级） | buffered | 16.7ms | 42.2ms | 125ms | 达标（临界，同上） |
| virtual（.tier，F: 盘，句柄级） | WriteThrough | 80.1ms | 251ms | 278ms | 不达标（逐写 journal 提交，见选型） |
| virtual（.tier，F: 盘，句柄级） | DIO | 19.5ms | 51.0ms | 157ms | 不达标 |
| virtual（.tier，F: 盘，句柄级） | DIO+WriteThrough | 17.5ms | 157ms | 256ms | 不达标 |
| virtual（载体写穿档） | buffered | 0.324ms | 0.504ms | 1.71ms | 达标 |
| virtual（载体写穿档） | WriteThrough | 0.180ms | 0.490ms | 0.869ms | 达标 |
| virtual（载体写穿档） | DIO | 0.171ms | 0.308ms | 0.990ms | 达标 |
| virtual（载体写穿档） | DIO+WriteThrough | 0.153ms | 0.223ms | 1.08ms | 达标（四模式全达标，与 local WT 同量级） |
机制：WriteThrough（写透）消除 commit 的 fsync 成本——每写已同步落盘 （FILE_FLAG_WRITE_THROUGH/O_SYNC），Flush 不再付全量刷缓存开销；buffered 每次 commit 付全量 fsync（盘物理成本 2–20ms/次）；DIO（NoBuffering）单独是反模式——绕过页缓存但未写透， fsync 依旧 + 三重对齐成本；DIO+WriteThrough 叠加最优（直 IO 无缓存双拷贝 + 写透免 fsync）。
契约②：重放吞吐 ↔ RTO（50 万条 × 64B，起点 = count/2）
| 介质 | 重放吞吐 | 首次产出延迟（定位） |
|---|---|---|
| memory: | 3.42M 条/s（208.5 MB/s） | 5.3ms |
| local @ C: SSD | 2.82M 条/s（172.4 MB/s） | 9.9ms |
| local @ F: 机械盘 | 3.12M 条/s（190.2 MB/s） | 8.6ms |
| virtual（.tier，F: 盘） | 2.97M 条/s（181.5 MB/s） | 10.8ms |
重放是读路径，对 IO 模式不敏感（±5%）。RTO 外推：100 万条 ≈ 0.3–0.35s。 定位 = O(1)：任意起点 = 段表二分 + 段内扫帧，固定 ~5–11ms（与起点无关、与总量无关）。
契约③：冷节点追赶 ↔ 收敛时间（快照 20 万条 + 增量 2 万条，WriteThrough）
形态：一体快照（N₀ = PersistedIndex，镜像 12.97MB）→ 导出（经注入 IAsyncTransferPersistence） → 冷节点导入 → 增量段补给（模拟网络到货）→ 增量重放 (N₀, N₀+delta]。
| 介质 | 快照生成 | 快照导出 | 冷节点导入 | 增量重放 | 收敛（存储侧） |
|---|---|---|---|---|---|
| local @ F: 机械盘 | 0.31s | 0.04s（339.5 MB/s） | 0.29s | 0.01s（1.51M 条/s） | 0.34s |
| virtual（.tier，F: 盘） | 0.37s | 0.04s（354.1 MB/s） | 0.38s | 0.01s（1.34M 条/s） | 0.43s |
三介质收敛同量级，存储侧无介质敏感瓶颈。快照传输时间不在口径内（内存传输面—— 真实网络传输由协议层承担）。
快照存储选型（256MB 镜像 × N 次快照，local）
形态：方案 A（段增量——每次只写增量段）vs 方案 B（全量重写——每次重写整个镜像）；条目流 64B/条。
| 场景 | A 写 | B 写 | A 读（拼接） | B 读（单段） |
|---|---|---|---|---|
| 256MB × 4 快照 | 256MB / 0.34s | 640MB / 0.88s（2.5× 字节差） | 2365MB/s | 2175MB/s |
| 256MB × 8 快照 | 256MB / 0.34s | 1152MB / 1.68s（4.5× 字节差） | 3026MB/s | 2668MB/s |
结论（数字定案）：方案 A 胜——写侧 = 镜像总量（恒增量）vs 累计全量（Σk×delta）， 快照越频繁省得越多；读侧持平（拼接开销可忽略）；A 的段累积合并成本 = B 单次全量写 （低频触发——raft 只需最新快照）。落地面 = IncrementalSnapshot （段 = 帧 + 段表 meta O(1) 恢复 + 阈值合并）。
稳定性矩阵：介质 × IO 模式 × 两提交形态（p99/p999 抖动有界）
组提交 = 批 100 × 1000 批（10 万条，纯缓冲——显式 CommitAsync 驱动，采样每批延迟）； 单条 = 每写 fsync，采样每条延迟（5000 条）。每格预热 3 次后采样。
| 介质 | IO 模式 | 组提交 p50 | 组提交吞吐 | 组提交刺 | 单条 p50 | 单条吞吐 | 单条抖动 p99/p50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| memory: | buffered | 0.045ms | 34.5 万条/s | 241ms | 0.107ms | 9083 条/s | 1.6× |
| local @ F: | buffered | 0.046ms | 60.8 万条/s | 95ms | 41.7ms | 22 条/s | 1.8× |
| local @ F: | WriteThrough | 0.047ms | 58.6 万条/s | 88ms | 0.520ms | 1782 条/s | 2.3× |
| local @ F: | DIO | 0.046ms | 101.7 万条/s | 36ms | 33.7ms | 25 条/s | 3.2× |
| local @ F: | DIO+WriteThrough | 0.045ms | 41.8 万条/s | 139ms | 0.638ms | 1305 条/s | 2.5× |
| virtual（.tier，F: 盘，句柄级） | buffered | 0.052ms | 19.5 万条/s | 369ms | 33.3ms | 29 条/s | 2.3× |
| virtual（载体写穿档） | buffered | 0.045ms | 24.3 万条/s | 331ms | 1.13ms | 815 条/s | 2.1× |
组提交形态（raft 主路径）p50 全介质全模式有界（0.045–0.052ms）；每格恰一次页 flush 提交刺（36–369ms，一次性事件非持续抖动——NTFS 扩容经稀疏化标记后无即时簇分配巨刺）。 单条提交形态 = IO 模式主导变量：WriteThrough 比 buffered 快 ~80×（0.52ms vs 41.7ms）， 同契约①机制（写透免 fsync）。
选型
- 达标变量 = 介质 × IO 模式 × 提交形态的三维组合：FileOpenHints 正交 flags 设计 （None/NoBuffering/WriteThrough 可叠加 + 介质统一抽象 + hints 传递链路 TierWalOptions→引擎→ 文件打开）——同一套代码零介质分支，机械盘从 buffered 不达标（p99.9 178ms）翻转为 DIO+WT 达标（0.43ms，余量 350×）。
- raft 节点磁盘配置：WriteThrough（或 DIO+WriteThrough，全介质最优）；buffered 在 机械盘上不可用于选举窗口场景；DIO 单独是反模式。
- virtual 完整能力 = 挂载级载体写穿档（CarrierWriteThrough——挂载参数第 5 个旋钮）： 四模式全达标（p50 0.15–0.32ms），与 local WriteThrough 同量级。句柄级 hints 在 virtual 上 = 逐写 journal 提交（RM-07——每写付 fsync，p50 17–80ms），只作对照不作选型。
- virtual 的 Flush = 真 fsync（载体在途写屏障——绕写页缓存的字节计入脏判定， Flush 与同盘裸 fsync 同形 ~17–21ms）。
- 三份契约全部量化达标（存储侧）：契约① 上表；契约② 重放 ~3M 条/s （RTO 100 万条 ≈ 0.35s）；契约③ 收敛 0.34–0.43s（20 万条快照 + 2 万增量口径）。
- 快照存储 = 段增量（IncrementalSnapshot）：写侧恒增量 vs 累计全量，快照越频繁省得越多 （×8 快照 4.5× 字节差）；读侧拼接与单段持平。
维护
- 改动 TierWAL 写路径（append/opaque/提交链）或 Log 底层 cursor/Seek 后必须重跑对应探针 并更新数字（性能论断须实测）。
- 探针跑法见「配置」节；介质切盘 = TMP/TEMP 重定向到目标盘根目录。