Linux/Ubuntu/Debian使用bcache开启SSD缓存加速
指尖风暴 详细介绍：https://wiki.archlinuxcn.org/wiki/Bcache
前言
随着磁盘小文件的增多，机械硬盘4K读写速度非常容易遇到瓶颈，考虑到固态硬盘高昂的价格，所以采用固态硬盘作为缓存盘，机械硬盘作为数据盘的方案，使用固态硬盘给机械硬盘加速。
bcache简介
bcache 是一个 Linux 内核块层超速缓存。它允许使用一个或多个高速磁盘驱动器（例如 SSD）作为一个或多个速度低得多的硬盘的超速缓存。bcache 支持直写和写回，不受所用文件系统的约束。
主要功能：
1，可以使用单个超速缓存设备来超速缓存任意数量的后备设备。在运行时可以挂接和分离已装入及使用中的后备设备。
2，在非正常关机后恢复 - 只有在超速缓存与后备设备一致后才完成写入。
3，SSD 拥塞时限制传至 SSD 的流量。
4，高效的写回实施方案。脏数据始终按排序顺序写出。
5，稳定可靠，可在生产环境中使用。
以下教程使用debian演示。
-
内核开启bcache
modprobe bcache lsmod |grep bcache -
安装bcache-tools
apt install bcache-tools -
绑定SSD和HDD
bcache有两种设备，一个是backing，一个是cache，backing指的就是存放数据的后端磁盘，cache很好理解，就是高速缓存盘SSD。 -
查看系统中存在的硬盘
fdisk -l -
清除磁盘的块信息
wipefs -a /dev/nvme0n1 wipefs -a /dev/sdb -
添加数据盘
make-bcache -B /dev/sdb -
添加缓存盘
make-bcache -C /dev/nvme0n1 -
查看块信息
lsblkroot@debian:~# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 16G 0 disk ├─sda1 8:1 0 487M 0 part /boot ├─sda2 8:2 0 1K 0 part ├─sda3 8:3 0 1023K 0 part ├─sda4 8:4 0 12G 0 part │ ├─debian--vg-root 254:0 0 11.5G 0 lvm / │ └─debian--vg-swap_1 254:1 0 4G 0 lvm [SWAP] └─sda5 8:5 0 3.5G 0 part ├─debian--vg-root 254:0 0 11.5G 0 lvm / └─debian--vg-swap_1 254:1 0 4G 0 lvm [SWAP] sdb 8:16 0 3.7T 0 disk └─bcache0 253:0 0 3.7T 0 disk sdc 8:32 0 3.7T 0 disk └─sdc1 8:33 0 3.7T 0 part nvme0n1 259:0 0 477G 0 disk -
查看缓存盘的UUID
bcache-super-show /dev/nvme0n1
最后一行的cset.uuid的值就是我们要找的uuid，然后进行attach操作完成添加缓存磁盘： -
绑定缓存盘
echo "dcddc3f8-e1d4-4ecf-8510-67158a5e3958" >/sys/block/bcache0/bcache/attachroot@debian:~# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 16G 0 disk ├─sda1 8:1 0 487M 0 part /boot ├─sda2 8:2 0 1K 0 part ├─sda3 8:3 0 1023K 0 part ├─sda4 8:4 0 12G 0 part │ ├─debian--vg-root 253:0 0 11.5G 0 lvm / │ └─debian--vg-swap_1 253:1 0 4G 0 lvm [SWAP] └─sda5 8:5 0 3.5G 0 part ├─debian--vg-root 253:0 0 11.5G 0 lvm / └─debian--vg-swap_1 253:1 0 4G 0 lvm [SWAP] sdb 8:16 0 3.7T 0 disk └─bcache0 254:0 0 3.7T 0 disk sdc 8:32 0 3.7T 0 disk └─sdc1 8:33 0 3.7T 0 part nvme0n1 259:0 0 477G 0 disk └─bcache0 254:0 0 3.7T 0 disk
如提示错误以下，可以尝试重启后继续操作
-bash: echo: write error: No such file or directory
-
查看缓存状态
cat /sys/block/bcache0/bcache/state
no cache：该backing device没有attach任何caching device
clean：一切正常，缓存是干净的
dirty：一切正常，已启用回写，缓存是脏的
inconsistent：遇到问题，后台设备与缓存设备不同步 -
更改缓存策略
Bcache有三种缓存策略
（1）writeback回写策略：数据先写入到缓存磁盘，再等待系统将缓存磁盘数据刷到后端磁盘
（2）writethrough写通策略：数据会同时写入缓存磁盘和数据磁盘（默认是该模式）
（3）writearound直达策略：数据直接写入后端磁盘。
为保证性能，改为writeback回写策略。- 查看缓存模式
cat /sys/block/bcache0/bcache/cache_mode - 改为回写策略
echo writeback > /sys/block/bcache0/bcache/cache_mode - 格式化数据盘
mkfs.xfs /dev/bcache0 - 挂载数据盘
临时挂载
mount /dev/bcache0 /diskb
开机自动挂载
查看设备UUID
blkid /dev/bcache0
添加到/etc/fstabvi /etc/fstab UUID=caa8005f-05ce-430d-b133-94f0a3b32f39 /diska xfs defaults 0 0重启后验证是否正常挂载。
- 查看缓存模式
-
测试缓存性能
- 安装测试工具fio
apt install fio - 读取测试
- 无缓存时数据盘
fio -filename=/dev/sdb -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=psync -bs=4k -size=200G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=mytest - 加了缓存的数据盘
fio -filename=/dev/bcache0 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -ioengine=psync -bs=4k -size=200G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=mytest
- 无缓存时数据盘
- 写入测试
- 无缓存时数据盘
fio -filename=/dev/sdb -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=4k -size=200G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=mytest - 加了缓存的数据盘
fio -filename=/dev/bcache0 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=4k -size=200G -numjobs=10 -runtime=60 -group_reporting -name=mytest
- 无缓存时数据盘
- 测试结果
读取IOPS 读取速度 写入IOPS 写入速度
无缓存数据盘 9342 38.3MB/s 209 859kB/s
带缓存的数据盘 13.1k 53.7MB/s 84.1k 344MB/s
虽然有提升，但是离预期相差较大，可能跟策略有关，后续再研究优化。
- 安装测试工具fio
