Linux系统将SSD用作块设备缓存的方法

简单来说，SSD缓存的工作机制是：写操作先写入SSD，积累到一定量后再择机写入普通硬盘；读操作中，热门数据直接从SSD读取，速度显著提升。

目前，开源领域实现SSD缓存的主要软件有两个：bcache和flashcache。

bcache需要编译最新内核，门槛较高，配置也较复杂，因此主要应用于测试环境。flashcache则不同，它最初由Facebook内部使用，后开源发布。目前已有社区编译好的RHEL 6 rpm包，可直接在CentOS 6上安装，使用方便。本次测试选用flashcache进行初步验证。

测试环境

硬件配置如下：

• SSD盘（sdc）：160G × 4块，组成RAID 10，使用fio测试，4K随机写入IOPS约5433。
• 普通SAS盘（sdb）：146G × 2块，组成RAID 1，使用fio测试，4K随机写入IOPS约447。

两者性能差距明显，SSD约为普通盘的12倍。

初步测试结果如下：

• 4K随机写入：在SSD缓存支持下，IOPS达到5014。
• 4K随机读取：提升更为显著，IOPS达到45874。

Flashcache 安装与配置

以下为具体操作步骤。

安装

在CentOS 6上，添加ELRepo源后，通过一条命令完成安装：

rpm --import http://elrepo.org/RPM-GPG-KEY-elrepo.org
rpm -Uvh http://elrepo.org/elrepo-release-6-5.el6.elrepo.noarch.rpm
yum install flashcache-utils kmod-flashcache

配置：使用SSD为SAS盘提供缓存

创建缓存的核心命令为 flashcache_create。此处使用 -p back 参数，表示采用写回（WriteBack）模式。

flashcache_create -p back cachedev /dev/sdc /dev/sdb

执行后，会显示缓存设备名称、缓存模式、内存占用等信息。需注意，flashcache的元数据可能占用较多内存，例如示例中提示需要1192MB。

三种缓存模式

flashcache支持三种策略，可根据业务对数据安全的要求选择：

• Writethrough（写透模式）：安全性最高。数据同时写入SSD和普通硬盘。若SSD写入性能低于普通硬盘（旧型号SSD可能如此），该模式反而成为性能瓶颈。所有读操作均可享受缓存加速。
• Writearound（写绕模式）：同样安全。写入操作直接绕过SSD，写入普通硬盘。只有当数据再次被读取时，才会缓存到SSD。适合写入较少、读取频繁的场景。
• Writeback（写回模式）：性能最快，但风险最高。数据仅先写入SSD，再根据策略后台同步至普通硬盘。若SSD故障，未同步的数据将丢失。测试中该模式性能提升最明显。

查看状态与使用

配置完成后，可使用 flashstat 命令实时查看缓存状态、命中率等关键信息。执行后，可看到设备和详细性能统计，核心指标为 hit%（读命中率）和 whit%（写命中率）。

若一切正常，使用 fdisk -l /dev/mapper/cachedev 可查看该混合设备，其大小与普通硬盘一致（本例为146.8GB）。

此后，/dev/mapper/cachedev 可当作普通块设备使用，例如在其上创建物理卷、卷组，再划分逻辑卷，操作方式与普通硬盘相同。

pvcreate /dev/mapper/cachedev
vgcreate ssdcachetest /dev/mapper/cachedev
lvcreate -L 100G -n ssdcache_test_lv1 ssdcachetest

如何拆除缓存

拆除缓存设备需分两步：

dmsetup remove cachedev
flashcache_destroy /dev/sdc

第一条命令从逻辑卷管理器中卸载缓存设备，第二条命令清除SSD上的缓存元数据，使SSD恢复为普通盘。