Now we're seeing the writing application segfault because (I suppose) it cannot write to disk fast enough.
Bem, isso não deve ser feito e segfault assim! Eu não acho que nenhum sistema de arquivos garanta a taxa de transferência em quase 100% de todas as condições. Seu aplicativo é mal projetado desde o início :(. Mas você pode ser capaz de corrigi-lo ... o próximo passo seria verificar se ele é compilado com símbolos de depuração e tentar obter um rastreamento de pilha para ver onde o segfault aconteceu e trabalhe para trás a partir daí.
A partir das informações recém-fornecidas, parece que você está encontrando problemas de desempenho no sistema de arquivos que tenta manter-se razoavelmente desfragmentado enquanto está quase 100% preenchido. Eu tentaria aumentar a agressividade do processo de deleção para que ele tentasse manter a partição com 25% de espaço livre.