在QSAN XCubeSAN存储中实施SSD缓存

长期以来，已经发明了广泛用于存储系统中的基于SSD的性能增强技术。 首先，这是将SSD用作存储空间，效率高达100％，但价格昂贵。 因此，使用对等和缓存技术，其中SSD仅用于最流行（“热”）数据。 撕裂对于长期（日-周）使用“热”数据的场景非常有用。 相反，缓存是用于短期（分钟数小时）的。 这两个选项都在QSAN XCubeSAN存储中实现。 在本文中，我们将考虑第二种算法的实现-SSD缓存 。

SSD缓存技术的本质是将SSD用作硬盘和控制器内存之间的中间缓存。 SSD的性能当然要比控制器自身的缓存的性能低，但其容量要高一个数量级。 因此，我们在速度和音量之间取得了折衷。

使用SSD读取缓存的指示：

• 读取操作胜于写入操作（通常是数据库和Web应用程序的特征）；
• 以硬盘阵列的形式出现的瓶颈；
• 请求的数据量小于SSD缓存的大小。

除了操作的性质外，使用读/写SSD缓存的指示是相同的原因-混合类型（例如，文件服务器）。

大多数存储供应商在其产品中使用只读SSD缓存。 QSAN与它们之间的根本区别在于 ，还可以使用缓存进行写入。 要激活QSAN存储中的SSD缓存功能，需要单独的许可证（以电子形式提供）。

XCubeSAN中的SSD缓存在物理上实现为单独的SSD缓存池。 系统中最多可以有四个。 当然，每个池都使用自己的一组SSD。 并且已经在虚拟磁盘的属性中，我们确定它是否将使用缓存池以及使用哪个缓存池。 可以在不停止I / O的情况下在线完成对卷启用和禁用缓存的操作。 同样在“热”上，您可以将SSD添加到池中并将其从池中删除。 创建SSD池缓存时，必须选择将在哪种模式下工作：只读或读+写。 它的物理组织取决于它。 由于池的高速缓存可以是多个，因此功能可以有所不同（也就是说，系统可以具有用于同时读取和读取+写入的高速缓存池）。

如果使用只读池缓存，则它可以包含1-8个SSD。 磁盘不必具有相同的卷数和一个供应商，因为它们被组合为NRAID +结构。 池中的所有SSD都是共享的。 系统独立尝试并行化所有SSD之间的传入请求，以实现最佳性能。 如果其中一个SSD发生故障，则不会发生任何不良情况：毕竟，缓存仅包含存储在硬盘驱动器阵列上的数据的副本。 只是可用的SSD缓存数量会减少（如果您使用一个驱动器上的原始SSD缓存，则为0）。

如果将高速缓存用于读+写操作，则池中SSD的数量必须是2的倍数，因为内容是在驱动器对上镜像的（使用NRAID 1+结构）。 由于高速缓存可能包含尚未写入硬盘驱动器的数据，因此有必要复制高速缓存。 在这种情况下，高速缓存池中SSD的故障将导致信息丢失。 在NRAID 1+的情况下，SSD故障只会导致高速缓存过渡到只读状态，从而将未记录的数据从硬盘驱动器中转储到阵列中。 更换发生故障的SSD后，缓存将返回其原始操作模式。 顺便说一句，为了提高安全性，可以为专用于读取和写入的缓存分配专用的热备用。

在XCubeSAN中使用SSD缓存功能时，对存储控制器的存储容量有许多要求：系统内存越多，可用的缓存池就越大。

与大多数仅提供开/关选项作为SSD缓存设置的存储供应商不同，QSAN提供了更多选项。 特别是，您可以根据负载的性质选择缓存操作模式。 三个预定义的模板在工作上最接近相应的服务：数据库，文件系统，Web服务。 另外，管理员可以通过设置所需的参数值来创建自己的配置文件：

配置文件可以随时更改，但是当然可以将缓存的内容清零并对其进行新的“预热”。

考虑到SSD缓存的操作原理，我们可以区分使用SSD缓存时的主要操作：

• 当数据不在缓存中时读取数据；
• 读取缓存中存在的数据；
• 使用读取缓存时写入数据；
• 使用读写缓存时写入数据。

不在缓存中时读取数据

1. 来自主机的请求发送到控制器；
2. 由于所请求的内容不在SSD缓存中，因此它们是从硬盘驱动器读取的；
3. 读取的数据将发送到主机。 同时，正在检查这些块是否“热”。
4. 如果是这样，它们将被复制到SSD缓存中以备将来参考。

读取缓存中存在的数据

1. 来自主机的请求发送到控制器；
2. 由于请求的数据在SSD缓存中，因此从那里读取数据。
3. 读取的数据将发送到主机。

使用读取缓存时写入数据

1. 来自主机的写请求发送到控制器；
2. 数据被写入硬盘驱动器；
3. 主机返回有关成功录制的响应；
4. 同时，检查该块是否“热”（比较“写入时填充阈值”参数）。 如果是这样，它将被复制到SSD缓存中以备将来使用。

使用读/写缓存时写数据

1. 来自主机的写请求发送到控制器；
2. 数据写入SSD缓存；
3. 主机返回有关成功录制的响应；
4. 后台来自SSD缓存的数据将写入硬盘；

业务验证

测试1.具有1-8个SSD的SSD只读缓存

从理论上讲，缓存池中的SSD越多，性能就越高。 在实践中，这已得到确认。 数量很少的固态硬盘数量的唯一显着增加不会导致爆炸性影响。

测试2.使用2-8 SSD的读写模式下的SSD缓存

结果相同：爆炸性的性能增长以及随SSD数量的增加而扩展。

在这两个测试中，操作数据量都小于总缓存大小。 因此，随着时间的流逝，所有块都被复制到缓存中。 实际上，该工作是使用SSD进行的，几乎不会影响硬盘驱动器。 这些测试的目的是清楚地展示根据SSD的数量预热缓存和扩展其性能的有效性。

现在，让我们从天堂回到大地，并在数据量大于缓存大小的情况下检查更重要的情况。 为了使测试在合理的时间内通过（高速缓存的“预热”术语随卷大小的增加而显着增加），我们将自己限制为120GB。

测试3.数据库仿真

判决

当然，显而易见的结论是，使用SSD缓存的良好效率表明它可以提高任何存储系统的性能。 对于QSAN XCubeSAN，此声明完全适用：SSD缓存功能实现完美。 这适用于对读写的支持，针对任何用例的灵活工作设置以及整个系统的最终性能。 因此，以非常合理的成本（许可证的价格可与1-2个SSD的成本相提并论），您可以显着提高整体性能。