同じファイルへの同時書き込みによるディスクI/Oの低下

Question

複数のプロセスからの同時ディスク I/O をベンチマークしていますが、同じファイルに書き込む場合と異なるファイルに書き込む場合で結果が大きく異なります。O_DIRECT を使用しているため、このような違いは予想していませんでした。

使用されたスクリプト:

#!/bin/sh
set -eu
nprocs=$1
for i in $(seq $nprocs)
do
    target=test_file$i
    [[ "${2:-}" == "same" ]] && target=test_file
    echo $(date) - Run $i/$nprocs $(dd if=/dev/zero of=$target bs=2k count=128000 oflag=direct 2>&1) &
done

結果：

# iostat while running: sh mkfile.sh 10
vg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           0.39    0.00    9.62   12.09    0.00   77.89

Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util
sda               0.00     0.00    0.00 11016.00     0.00 33409.50     6.07    81.36    0.12    0.00    0.12   0.09 100.00


# iostat while running: sh mkfile.sh 10 same
vg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           0.51    0.00    7.95    4.87    0.00   86.67

Device:         rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util
sda               0.00     0.00    0.00 7780.00     0.00 16362.00     4.21     0.75    0.10    0.00    0.10   0.10  74.90

違いは、W/S、11016.00 (マルチファイル)、および 7780.00 (シングルファイル) で確認できます。dd は O_DIRECT を使用しているため、同じ物理領域に書き込むかどうかに関係なく、カーネル レベルのロックが発生することはなく、avgqu-sz は低く、%util は 100% に達しないため、物理 I/O 競合も発生しません。

ここで何か本当に些細なことを見逃しているに違いありません :)

IOPS レートが大幅に低下した理由について何かご存知ですか?