centos7.x bcache配置使用

一、前言

简单介绍下bcache，bcache是linux内核块设备层的cache。主要是使用SSD盘在IO速度较慢的HDD盘上面做一层缓存，从而来提高HDD盘的IO速率。一个缓存设备(SSD)可以同时为多个后端设备(HDD)提供缓存。既然是缓存，那自然就会想到缓存策略，bcache支持三种缓存策略：

writeback：回写策略，所有的数据将先写入缓存盘，然后等待系统将数据回写入后端数据盘中。
writethrough：直写策略(默认策略)，数据将会同时写入缓存盘和后端数据盘。
writearoud：数据将直接写入后端磁盘。

bcache比较灵活，缓存策略可以随时修改，也可以针对不同的bcache设备设置不同的缓存策略。以下会按照安装、配置和使用这几个部分来说明具体使用bcache的过程。

二、准备环境

bcache可以大概分为两个部分，一个是linux内核模块，一个是bcache-tools，bcache内核模块在linux内核3.10及以上才支持，所以使用bcache，需要将内核升级到3.10及以上版本才行。因为我们的集群环境是要求内核版本是4.4.13，所以下面的示例会在内核4.4.13上进行。

升级内核步骤也比较简单，下载指定内核rpm包，然后安装，再修改grub，最后重启就可以啦。以下是我测试的环境：

[root@lab01 ~]# cat /etc/redhat-release 
CentOS Linux release 7.2.1511 (Core)

[root@lab01 ~]# uname -a
Linux lab01 4.4.13-1.el7.elrepo.x86_64 #1 SMP Wed Jun 8 13:15:59 EDT 2016 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

　　因为只是测试，这里我准备的是一台虚拟机，然后配置了两块磁盘(sdb和sdc)来做试验：

[root@lab01 ~]# lsblk
NAME            MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda               8:0    0   20G  0 disk 
├─sda1            8:1    0  500M  0 part /boot
└─sda2            8:2    0 19.5G  0 part 
  ├─centos-root 253:0    0 17.5G  0 lvm  /
  └─centos-swap 253:1    0    2G  0 lvm  [SWAP]
sdb               8:16   0   20G  0 disk 
sdc               8:32   0   20G  0 disk

三、安装

安装bcache-tools

安装依赖libblkid-devel

$ yum install libblkid-devel -y

下载bcache-tools源码，并安装

$ git clone https://github.com/g2p/bcache-tools.git
$ cd bcache-tools
$ make && make install

然后测试bache-tools是否正确安装

[root@lab01 bcache-tools]# make-bcache
Please supply a device
Usage: make-bcache [options] device
    -C, --cache     Format a cache device
    -B, --bdev      Format a backing device
    -b, --bucket        bucket size
    -w, --block     block size (hard sector size of SSD, often 2k)
    -o, --data-offset   data offset in sectors
        --cset-uuid     UUID for the cache set
        --writeback     enable writeback
        --discard       enable discards
        --cache_replacement_policy=(lru|fifo)
    -h, --help      display this help and exit

ok，已经正确安装了，下面开始配置。

四、配置使用

前面也说到了，bcache说白了就是为一块io速率不高的磁盘配置一个io速率较高的缓存层。那就是说可以分为两个部分，一部分是速率较低的设备，一部分是速率较高的部分，然后将这两部分建立一个映射关系，这样客户端在写数据的时候，IO数据先到达高速的缓存设备(和缓存策略有关系，这里我们先这里理解就可以了)，从而提高客户端io速率。

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创建后端低速设备

我们把/dev/sdb配置为后端低速设备(一般是HDD、SATA盘等)

[root@lab01 bcache-tools]# make-bcache -B /dev/sdb UUID: ac23506f-396d-4ac1-8949-d1e5c79ef207 Set UUID: d40d7d90-d15f-4744-a56e-29d0ed5446f4 version: 1 block_size: 1 data_offset: 16

可以看到，在sdb(HDD)磁盘下，出现了bcache0节点，这个bcache0可以理解为就是/dev/sdb磁盘了

[root@lab01 bcache-tools]# lsblk
NAME            MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 20G 0 disk ├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot └─sda2 8:2 0 19.5G 0 part ├─centos-root 253:0 0 17.5G 0 lvm / └─centos-swap 253:1 0 2G 0 lvm [SWAP] sdb 8:16 0 20G 0 disk └─bcache0 252:0 0 20G 0 disk sdc 8:32 0 20G 0 disk sr0 11:0 1 4G 0 rom

现在，可以像普通磁盘一样，对bcache0进行格式化操作了。

[root@lab01 bcache-tools]# mkfs.xfs /dev/bcache0 meta-data=/dev/bcache0 isize=256 agcount=4, agsize=1310720 blks = sectsz=512 attr=2, projid32bit=1 = crc=0 finobt=0 data = bsize=4096 blocks=5242878, imaxpct=25 = sunit=0 swidth=0 blks naming =version 2 bsize=4096 ascii-ci=0 ftype=0 log =internal log bsize=4096 blocks=2560, version=2 = sectsz=512 sunit=0 blks, lazy-count=1 realtime =none extsz=4096 blocks=0, rtextents=0 [root@lab01 bcache-tools] mkdir /testbcache [root@lab01 bcache-tools] mount /dev/bcache0 /testbcache [root@lab01 bcache-tools]# df -h Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on devtmpfs 2.0G 0 2.0G 0% /dev tmpfs 2.0G 0 2.0G 0% /dev/shm tmpfs 2.0G 8.6M 2.0G 1% /run tmpfs 2.0G 0 2.0G 0% /sys/fs/cgroup /dev/mapper/centos-root 18G 1.6G 16G 9% / /dev/sda1 497M 170M 328M 35% /boot tmpfs 394M 0 394M 0% /run/user/0 /dev/bcache0 20G 33M 20G 1% /testbcache

创建前端缓存磁盘（SSD）

我们把/dev/sdc配置为前端高速设备(一般是SSD)

[root@lab01 bcache-tools]#  make-bcache -C /dev/sdc UUID: 9c5a00ff-4c32-4d0b-a6d2-ccd21e17e230 Set UUID: 8cae4fac-1312-4b0a-8bf7-2142dae5a334 version: 0 nbuckets: 40960 block_size: 1 bucket_size: 1024 nr_in_set: 1 nr_this_dev: 0 first_bucket: 1

建立映射关系

把我们创建好的后端低速设备和前端高速设备建立联系，这样高速设备才能为低速设备提供缓存作用。

首先需要获取该缓存盘(/dev/sdc)的cset.uuid，通过bcache-super-show命令查看：

[root@lab01 bcache-tools]# bcache-super-show /dev/sdc sb.magic ok sb.first_sector 8 [match] sb.csum D2BA585E4E51AD5C [match] sb.version 3 [cache device] dev.label (empty) dev.uuid 9c5a00ff-4c32-4d0b-a6d2-ccd21e17e230 dev.sectors_per_block 1 dev.sectors_per_bucket 1024 dev.cache.first_sector 1024 dev.cache.cache_sectors 41942016 dev.cache.total_sectors 41943040 dev.cache.ordered yes dev.cache.discard no dev.cache.pos 0 dev.cache.replacement 0 [lru] cset.uuid 8cae4fac-1312-4b0a-8bf7-2142dae5a334

上面的cset.uuid后面的8cae4fac-1312-4b0a-8bf7-2142dae5a334就是我们需要的cset uuid，因为我们要和bcache0设备(也就是/dev/sdb设备)建立联系，从而是该缓存设备(/dev/sdc)，为bcache0设备提供缓存服务，所以执行下面命令

[root@lab01 bcache-tools]# echo "8cae4fac-1312-4b0a-8bf7-2142dae5a334" > /sys/block/bcache0/bcache/attach

操作完成后，可以通过lsblk命令查看结果

[root@lab01 bcache-tools]# lsblk
NAME            MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 20G 0 disk ├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot └─sda2 8:2 0 19.5G 0 part ├─centos-root 253:0 0 17.5G 0 lvm / └─centos-swap 253:1 0 2G 0 lvm [SWAP] sdb 8:16 0 20G 0 disk └─bcache0 252:0 0 20G 0 disk /testbcache sdc 8:32 0 20G 0 disk └─bcache0 252:0 0 20G 0 disk /testbcache sr0 11:0 1 4G 0 rom

此时可以看到，sdc下也出现了bcache0设备，即表示缓存添加成功。还记得我们之前将bcache0(也就是/dev/sdb)挂载到了/testbcache目录下，此时如果对/testbcache进行读写操作时，bcache缓存设备就会起缓存作用了。

快速配置方式

上面我们配置大概分了三个步骤：创建后端设备、创建前端缓存设备、建立他们之间的映射关系。那有没有一步到位的方式，当然有。

make-bcache -C /dev/sde -B /dev/vdb /dev/vdc /dev/sdd

上面这条命令，就自动的完成了那三个步骤，执行完看到的结果大概是这样的

...
sdb 254:16 0 50G 0 disk
└─bcache1 250:1 0 50G 0 disk
sdc 254:32 0 50G 0 disk
└─bcache0 250:0 0 50G 0 disk
sdd 254:48 0 50G 0 disk └─bcache2 250:2 0 50G 0 disk sde 254:64 0 10G 0 disk ├─bcache0 250:0 0 50G 0 disk ├─bcache1 250:1 0 50G 0 disk └─bcache2 250:1 0 50G 0 disk ...

可以看到前端缓存设备sde同时为后端设备sdb、sdc、sdd提供缓存作用。

注：还可以在make-bcache的时候加入-w和-b参数，主要是提高缓存性能

-w block size 默认2K，一般需要block size = 后端设备的扇区大小。
-b bucket size，一般需要bucket size = 前端缓存设备的erase block size大小。*

修改缓存策略

查看缓存策略，可以看到默认的策略是writethrough，也就是直写模式

[root@lab01 bcache-tools]# cat /sys/block/bcache0/bcache/cache_mode [writethrough] writeback writearound none

修改缓存策略

[root@lab01 bcache-tools]# echo writeback > /sys/block/bcache0/bcache/cache_mode

然后查看是否生效

[root@lab01 bcache-tools]# cat /sys/block/bcache0/bcache/cache_mode writethrough [writeback] writearound none

注：就算机器重启之后缓存策略也不会失效的。

增加后端设备或前端缓存设备

有时候我们已经配置好了bcache，比如配置好了sde为sdb、sdc提供缓存作用，然后我现在想让sde为sdd也提供缓存作用。可以按照以下步骤进行：

配置后端设备：make-bcache -B /dev/sdd，假设生成bcache设备号为bcache2
建立映射关系：echo "8cae4fac-1312-4b0a-8bf7-2142dae5a334" > /sys/block/bcache2/bcache/attach

ok，完成。增加缓存设备也同理，先创建前端缓存设备，然后查看该缓存设备的cset uuid，然后根据cset uuid和后端设备建立映射关系即可。

恢复(还原到配置bcache之前)

我们经过上面的测试之后，也许我不需要bcache配置了，需要恢复到配置之前的环境，bcache肯定支持还原啦。

解除缓存盘和后端盘关系

要将缓存盘从当前的后端磁盘删除，只需将缓存盘的cset.uuid detach到bcache设备即可实现

[root@lab01 bcache-tools]# echo "8cae4fac-1312-4b0a-8bf7-2142dae5a334" > /sys/block/bcache0/bcache/detach

操作完成后，可以通过lsblk命令查看结果

[root@lab01 bcache-tools]# lsblk
NAME            MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 20G 0 disk ├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot └─sda2 8:2 0 19.5G 0 part ├─centos-root 253:0 0 17.5G 0 lvm / └─centos-swap 253:1 0 2G 0 lvm [SWAP] sdb 8:16 0 20G 0 disk └─bcache0 252:0 0 20G 0 disk /testbcache sdc 8:32 0 20G 0 disk sr0 11:0 1 4G 0 rom

可以看到sdc下面已经没有bcache0了。

删除前端缓存盘

这里要注意，在注销缓存盘前，要确认该缓存设备没有被任何的后端设备使用，否则你懂的，会有数据丢失的风险。

通过缓存盘的cset.uuid，在/sys/fs/bcache/<cset.uuid>/unregister写入1,即可进行注销操作

[root@lab01 bcache-tools]# echo 1 >/sys/fs/bcache/8cae4fac-1312-4b0a-8bf7-2142dae5a334/unregister

然后ls查看/sys/fs/bcache/，如果没有8cae4fac-1312-4b0a-8bf7-2142dae5a334这个目录，就表示注销成功了。

删除后端盘

同理，要删除后端缓存盘，首先需要解除该后端盘和它使用的缓存盘之间的映射关系

[root@lab01 bcache-tools]# umount /testbcache/ [root@lab01 bcache-tools]# echo 1 > /sys/block/bcache0/bcache/stop [root@lab01 bcache-tools]# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 20G 0 disk ├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot └─sda2 8:2 0 19.5G 0 part ├─centos-root 253:0 0 17.5G 0 lvm / └─centos-swap 253:1 0 2G 0 lvm [SWAP] sdb 8:16 0 20G 0 disk sdc 8:32 0 20G 0 disk sr0 11:0 1 4G 0 rom

可以看到，环境已经恢复到配置bcache之前的了。

五、总结

bcache作用就是使用ssd在hdd的上层做一层缓存，从而提高客户端的io速率。

配置过程分为三个步骤：

配置后端设备
配置前端缓存设备
建立前两者的映射关系

当然后端设备也可以是ceph集群提供的rbd块设备。比如在ceph的客户端创建rbd块，然后map到本地，然后用ssd+bcache对其做缓存加速。

作者：ypdai
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来源：简书
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