家用 NAS 服务器（3）| SSD缓存加速机械硬盘
呀吼，读者朋友们我们又见面了 o(￣▽￣)ブ。还记得上一章我们已经安装了 Windows Server，并且把 Ubuntu Server 成功在 Hyper-V 中安装。安装成功后，笔者将机械硬盘直通给了 Ubuntu 虚拟机。
但是大家都知道，机械硬盘的随机读写性能非常低，因此为了提高 HDD 的随机读写能力，在这一章中，笔者将带大家，通过设置 bcache 工具，将以 SSD 固态硬盘作为缓存，来提高机械硬盘的随机读写能力。
SSD 缓存可以有效缓解机械硬盘的随机读写性能低的问题，因此将是服务器投入使用前的第一件需要设置的事情。
在开始演示操作前，笔者先说明一下我的 Ubuntu 的设备结构。如果发现自己的设备结构不同，需要自行调整命令或在 Hyper-V 中修改设备位置。笔者的设备结构如下：
尽管硬盘不强制分区，笔者还是喜欢给每个存储设备分一个区，此处使用 fdisk 工具创建 GPT 表并进行分区：
> sudo fdisk /dev/sdc > g > n 读者如果有自己的分区需求，可以自行调整分区结构。此处 SSD 不参与分区。
分区后，笔者目前的分区设备为 /dev/sdc1 与 /dev/sdd1。
bcache 是一项 Linux 下的工具，其允许使用固态硬盘作为读写缓存（writeback模式）或者读缓存（writethrough 或者 writearound模式）来为另一个 block 设备（通常是机械硬盘或硬盘阵列）加速。
此外，bcache 团队还开发了基于 bcache 的 bcachefs，这个文件系统在提供 SSD 缓存加速之余，还提供了 COW(Copy On Write 写时拷贝）、数据加密、数据备份和磁盘阵列等功能。不过此处我们已经设置了 xfs 文件系统，就不需要用到，下面的内容部分参考于 Bcache – ArchWiki。
在 Ubuntu 中如果要启用，需要先下载 bcache 工具。幸运的是，apt 源中已经含有 bcache，只需要用以下命令即可下载安装：
sudo apt install bcache-tools 注意：后面的 bcache 初始化操作，将会清空硬盘上的所有数据，因此 bcache 应该是在文件系统初始化之前的步骤。
然后，开始初始化固态硬盘和机械硬盘：
make-bcache -B /dev/sdc1 make-bcache -B /dev/sdd1 make-bcache -C /dev/sdb 如果上述命令成功执行了，那么现在在 /dev 目录下将多出两个设备：/dev/bcache0 和 /dev/bcache1，分别对应着 /dev/sdc 和 /dev/sdd。目前的缓存与后端设备的对应关系为：
之后，我们将固态硬盘作为缓存设备，添加到机械硬盘（后端设备）的缓存列表中。首先查看当前的固态硬盘缓存设备的 UUID：
ls /sys/fs/bcache/ echo /dev/sdb > /sys/fs/bcache/register 上面两条命令都能看到缓存设备的 UUID，把这个 UUID 记住，并添加到后端设备的缓存列表中，即可启用 SSD 缓存加速：
echo UUID__from_previous_command > /sys/block/bcache0/bcache/attach echo UUID__from_previous_command > /sys/block/bcache1/bcache/attach 显示bcached设备的信息：
bcache-super-show /dev/sdXY 停止后端设备：
echo 1 > /sys/block/sdX/sdX[Y]/bcache/stop 让缓存设备脱机：
echo 1 > /sys/block/sdX/sdX[Y]/bcache/detach bcache 的工作模式一共有 4 种，分别是：
none：完全不缓存。writeback：性能最好的缓存模式，所有读写请求在 SSD 上完成的时候就视作请求完成。注意，这种模式虽然能大幅提升性能，但是由于 SSD 上的数据将异步的与后端设备进行同步，因此如果同步的过程中遭遇断电，可能将导致 SSD 上的数据损失。尽管如此，bcache 在下一次重启后，会继续将上次未完成的异步同步过程继续完成，将数据损失的风险降到最低。writethrough：默认的缓存模式，性能相较于上面一个有所下降。此模式下，所有读操作都将经过缓存层。不同的是，所有写入请求将同时对 SSD 以及后端设备进行，且仅当后端设备写入完成后，视作请求完成。这样的好处是，写入后一段时间内的读操作得到了缓存的性能提升。writearound：性能较低的模式，但是能延长 SSD 的寿命。此模式下，仅仅缓存读操作。
后端设备运行时，可以查看后端设备所采用的缓存模式：
cat /sys/block/bcache0/bcache/cache_mode cat /sys/block/bcache1/bcache/cache_mode 笔者考虑到 SSD 的寿命问题，以及自己对于写操作的缓存不是很感冒，因此选择修改缓存模式为 writearound 模式：
echo writearound > /sys/block/bcache0/bcache/cache_mode echo writearound > /sys/block/bcache1/bcache/cache_mode 当然，各位读者如果有自己的需求，可以自行选择缓存模式。
在建立好缓存机制的后端设备之上，我们将开始对其格式化文件系统。这个文件系统可自行选择，不一定要是 xfs 文件系统，只是笔者选择了 xfs。
首先，安装 xfs 的相关工具：
sudo apt install xfsprogs 之后，对我们的后端设备分区建立文件系统，注意之后直接对 bcache* 的设备进行操作：
sudo mkfs.xfs /dev/bcache0 sudo mkfs.xfs /dev/bcache1 至此，xfs 文件系统已经在含有 SSD 缓存的硬盘上成功建立，可以挂载了。
文件系统建立完毕后，最好是设置其自动挂载。
此处，我打算将两个盘分别挂载于 /mnt/sdc 和 /mnt/snapraid_backup。首先创建好挂载点：
sudo mkdir -p /mnt/sdc /mnt/snapraid_backup 然后通过查看 bcache* 设备的 UUID 并记下来：
sudo lsblk -f 使用编辑器打开 /etc/fstab，加入以下代码：
UUID=<bcache0 的 UUID> /mnt/sdc xfs defaults 0 0 UUID=<bcache1 的 UUID> /mnt/snapraid_backup xfs defaults 0 0 保存后重启系统，如果成功，则带有 SSD 缓存的机械硬盘就建立完毕了。
这一期，笔者终于把 SSD 缓存加速机制搭建好，也算是调教好 bcache 的功能了。在 bcache 的加持下，一段时间内的随机访问速度从原来的 2MB/s 提升到了现在的 30Mb/s，相较于原来的机械硬盘，已经有了巨大的提升。
此外，本期还将文件系统一起创建出来，为下一期的 mergerfs 和 snapraid 的出场做好了铺垫。只有当 mergerfs + snapraid 建立起来，才算是真正的给数据建立起了安全的港湾。
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