SSD作緩存方案之LVM cache

1. 前言

最近因為工作的需要，接觸了一些SSD作緩存相關的知識。所謂SSD作緩存就是使用fast device（例如SSD），給slow device（例如機械硬盤）做緩存，以提高計算機整體的I/O存儲性能。

目前在個人計算機中，使用的比較多的是機械硬盤和固態硬盤（SSD）。機械硬盤具有容量大，價格便宜，容錯性好，壽命較長等優點；缺點是讀寫性能相對機械硬盤有比較大的差距。固態硬盤的優點是讀寫性能較好，特別是隨機讀寫性能；缺點是價格比較昂貴，容量小，寫入壽命有限，一旦損壞數據難以恢復等。

因此，有些情況下我們希望結合兩者優點，於是SSD緩存技術方案應運而生。

2. 需求

假設：

• 有一個容量比較小的fast device（例如SSD）；
• 有一個以及以上的大容量機械硬盤；
• 有比較大的數據需要存儲;
• 對數據讀寫性能有一定的要求。

那么這個時候，我們就可以考慮把SSD作緩存來使用。

3. 常見方案

就從緩存方案來說，常見的有DM-cache、bcache、LVM cache、flashCache、EnhanceIO等，本文主要介紹LVM cache。

4. LVM cache

在RHEL6.7之后，LVM提供對LVM緩存邏輯卷的支持，它是基於dm-cache，LVM緩存邏輯卷使用快速設備（例如SSD驅動器）組成的小型邏輯卷，來提高容量更大但更慢邏輯卷的性能。下面在虛擬機上演示如何創建及使用。

注意：因為是在個人主機安裝的虛擬機上演示，無法體現性能，僅僅演示創建過程，若需要測試其性能，請在實體機上使用真實的存儲設備測試

4.1 創建

如圖所示，因為是測試，所以用虛擬機上的/dev/sdb和/dev/sdd分別作為fast device和slow device來演示創建過程。

4.1.1 分區

（以創建sdb分區為例）

fdisk /dev/sdb

回車進入分區操作， 輸入n表示創建分區，然后回車選擇默認選項，選項選擇完畢后，輸入w表示保存退出。
fdisk之后選項常用參數有:

• m:幫助信息
• p:顯示分區表
• d:刪除一個分區表
• l:列出已知的分區類型
• n:新建一個分區表
• q:退出不保存
• w:保存並退出
• t:修改分區表系統id

分區結果如下圖所示：

4.1.2 創建物理卷

pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdd1

4.1.3 創建卷組vg

vgcreate vg /dev/sdb1 /dev/sdd1

4.1.4 創建邏輯卷

• 創建data邏輯卷

lvcreate -n data -L 6G vg /dev/sdd1

創建存儲數據的邏輯卷data，划分/dev/sdd1物理卷的空間。

• 創建cache邏輯卷

lvcreate -n cache -L 6G vg /dev/sdb1

創建緩存數據的邏輯卷cache，划分/dev/sdb1物理卷的空間。

• 創建meta邏輯卷

lvcreate -n meta -L 64M vg /dev/sdb1

創建緩存數據的邏輯卷meta，划分/dev/sdb1物理卷的空間。

結果如下：

lvm cache總共包括三部分：data、cache、meta，其中meta的size需要大於千分之一的cache；data是存儲數據，cache和meta共同構成緩存

4.1.5 創建緩存池

(注意cache和meta的順序不能顛倒)

lvconvert --type cache-pool --poolmetadata vg/meta vg/cache

4.1.6 將存儲卷加入緩存池

lvconvert --type cache --cachepool vg/cache --cachemode writeback vg/data

注意：cachemode有writeback和writethrough兩種模式，默認為writethrough，此處測試設置為writeback。writeback的讀寫性能會好一些，但是在某些極端情況下會丟失數據

4.1.7 格式化與掛載

mkfs.ext3 /dev/vg/data
mkdir data
mount /dev/vg/data ./data/

最后，就可以在./data/目錄下存儲數據了。在該目錄讀寫數據時，實際上有fast device的緩存作用，加速了磁盤的讀寫性能。