linux内核之bcache简介

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bcache是按照SSD特性来设计的，只按擦除桶大小进行分配，使用btree和日志混合方法来跟踪缓存数据，缓存数据可以是桶上的任意一个扇区。bcache最大程度上减少了随机写的代价，它按顺序填充一个桶，重新使用时只需将桶设置为无效。 bcache支持写直达和回写策略。回写默认情况下是关闭的，可以在运行时改变。bcache还在最大程度上保护你的数据，在系统异常关机时数据仍然是可靠的。因为它被设计为只有在数据完全写回存储设备才确认写成功。

回写策略能够缓存绝大多数的写请求，然后再按照索引将脏数据按次序写回到后端存储设备。

SSD的特点就是随机IO速度很快，而对于大块顺序IO的提升却并不大。bcache会检测顺序IO并忽略；还会对每一个任务记录动态的平均IO大小，当平均IO大小超过截止值时该任务后面的IO将会被忽略，这样就可以透传备份或者大文件拷贝。

在flash上发现数据IO错误时，首先会尝试读以恢复数据或者将该缓存项置为无效。对于不可恢复的错误，例如元数据或脏数据，bcache将会自动关闭缓存。如果有脏数据在缓存中，这时会首先关闭回写策略然后再等待脏数据刷回。

从这里开始

首先需要安装bcache-tools，它提供了make-bcache工具。缓存设备和后端磁盘在使用前都需要先初始化：

make-bcache -B /dev/sdbmake-bcache -C /dev/sdc

make-bcache提供了同时初始化多个设备的功能，并自动绑定缓存设备和后端磁盘：

make-bcache -B /dev/sda /dev/sdb -C /dev/sdc

bcache-tools现在已经包含了udev规则文件，bcache设备可以立即被内核感知。如果没有udev规则，需要手动注册设备：

echo /dev/sdb > /sys/fs/bcache/registerecho /dev/sdc > /sys/fs/bcache/register

注册了后端磁盘后，bcache设备会出现在/dev/目录下，现在就可以格式化然后使用了。bcache设备默认是透传模式，因此需要绑定缓存。

bcache显示如下：

/dev/bcache<N>

还有（有udev规则文件时）：

/dev/bcache/by-uuid/<uuid>/dev/bcache/by-label/<label>

如果要开始使用：

mkfs.ext4 /dev/bcache0mount /dev/bcache0 /mnt

bcache的sysfs控制项在/sys/block/bcache<N>/bcache。

bcache设备是按集合来管理的，但目前一个集合只支持一个bcache设备，将来会支持多个设备、元数据和脏数据镜像。新cache设备显示为/sys/fs/bcache/<UUID>

cache绑定：

在缓存设备和后端设备都注册之后，还要将缓存设备绑定到后端设备从而使用缓存。绑定操作如下：

echo <CSET-UUID> > /sys/block/bcache0/bcache/attach

这个操作只需要做一次就可以了。下一次系统重启时，只需要重新注册所有bcache设备。如果后端设备还有未定回的缓存数据，那么就不会创建/dev/bcache<N>，直到缓存设备回来，尤其在写回策略时特别重要。

如果需要在没有缓存设备的时候强制使用设备：

echo 1 > /sys/block/sdb/bcache/running

注意这里参数是后端设备，而不是bcache设备，何况此时bcache设备还没有创建。如果是使用分区创建的bcache设备，例如sdb2对应的目录是/sys/block/sdb/sdb2/bcache。

在强制使用bcache设备后，缓存设备添加到系统，这个缓存设备的所有缓存数据将会设置为无效。缓存设备的脏数据是不会继续，因为这些脏数据将有可能使现在文件系统崩溃。

错误处理

bcache尝试处理IO错误而不影响正常操作，但如果错误数超过阀值（默认是0，可配置）会关闭缓存并切换到透传模式。

-如果是读错误则尝试直接从后端设备读

-如果是写直达写错误，将缓存对应数据块设置为无效

-去绑定时，刷回脏数据。脏数据写回失败目前是没有处理的。

性能相关问题

bcache有很多配置选项和可调参数。默认值适合于典型配置，如果想要更好性能则需要调整相关参数。

-写性能差

如果写性能不理想，那么建议调到写回策略

#echo writeback > /sys/block/bcache0/cache_mode

-性能差，或者流量并没有缓存到SSD

默认情况下，bcache不会缓存顺序IO和大文件。

打开顺序IO缓存：

#echo 0 > /sys/block/bcache0/bcache/sequential_cutoff

设置回默认值：

#echo 4M > /sys/block/bcache0/bcache/sequential_cutoff

-流量小，缓存不命中

现实生活中，并不是所有SSD都能提供足够快的速度作为磁盘的缓存，特别一个SSD作为多块磁盘的缓存，或者顺序IO时。所以需要避免SSD成为系统瓶颈。

为了避免bcache设备因为SSD变慢，当延迟超过阀值时逐渐减少流量。需要关闭拥塞控制项：

#echo 0 > /sys/fs/bcache/<cache set>/congested_read_threshold_us#echo 0 > /sys/fs/bcache/<cache set>/congested_write_threshold_us

对于读，默认值是2000us(2ms)，对于写是20000.

SYSFS - 后端设备

/sys/block/<bdev>/bcache, /sys/block/bcache*/bcache, /sys/fs/bcache/<cset-uuid>/bdev*

SYSFS - 缓存集合

/sys/fs/bcache/<cset-uuid>

SYSFS - 缓存设备

/sys/block/<cdev>/bcache

英文：Documentation/bcache.txt