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

lsblk

root@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/attach

root@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/fstab

vi /etc/fstab

UUID=caa8005f-05ce-430d-b133-94f0a3b32f39 /diska                   xfs     defaults        0 0

重启后验证是否正常挂载。

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

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

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。

Bcache常用操作

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