BCache浅析
Bcache的wiki和git仓地址如下：
http://bcache.evilpiepirate.org
http://evilpiepirate.org/git/linux-bcache.git
http://evilpiepirate.org/git/bcache-tools.git
1.作用与架构
1.1 简介
bcache是按照SSD的性能特性来设计的，只按擦除桶大小进行分配，使用b+tree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。
1.2 基本使用：
1.编译安装
git clone http://evilpiepirate.org/git/bcache-tools.git
安装前需要两个依赖包pkg-config和libblkid-dev
apt-get install pkg-config libblkid-dev
然后编译
make
make install
2.使用方式
2.1 创建bcache设备
命令：make-bcache -C [cache-device] -B [backing-device]
以vde作为缓存盘，vdb和vdc作为后端设备创建bcache设备，有几个后端设备就会生成几个bcache设备。
# make-bcache -C /dev/vde -B /dev/vdb /dev/vdc
UUID: 8941a5d1-074e-4cc6-a6dd-56cb1f65aed3
Set UUID: 7681dbb3-6558-4e60-b062-5fbb648f6665
version: 0
nbuckets: 20480
block_size: 1
bucket_size: 1024
nr_in_set: 1
nr_this_dev: 0
first_bucket: 1
UUID: 9e28d09b-942d-487e-be22-9132063da572
Set UUID: 7681dbb3-6558-4e60-b062-5fbb648f6665
version: 1
block_size: 1
data_offset: 16
UUID: 1bacf83e-2754-4d6a-a964-09e53e6e679f
Set UUID: 7681dbb3-6558-4e60-b062-5fbb648f6665
version: 1
block_size: 1
data_offset: 16
# ls /dev/bcache* -la
brw-rw—T 1 root disk 250, 0 5月22 17:23 /dev/bcache0
brw-rw—T 1 root disk 250, 1 5月22 17:23 /dev/bcache1
然后可以使用lsblk查看这些设备的对应关系
# lsblk
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
vda 254:0 0 20G 0 disk
└─vda1 254:1 0 20G 0 part /
vdb 254:16 0 50G 0 disk
└─bcache1 250:1 0 50G 0 disk
vdc 254:32 0 50G 0 disk
└─bcache0 250:0 0 50G 0 disk
vdd 254:48 0 50G 0 disk
└─bcache2 250:2 0 50G 0 disk
vde 254:64 0 10G 0 disk
├─bcache0 250:0 0 50G 0 disk
└─bcache1 250:1 0 50G 0 disk
2.2 添加一块后端设备（backing device）
命令：make-bcache -B [backing-device]
# make-bcache -B /dev/vdh
UUID: bd1bc116-6f39-401e-a328-3bc0af4ac8d1
Set UUID: cd86812e-d24c-46da-b949-683969b59575
version: 1
block_size: 1
data_offset: 16
接着看到对应的设备是/dev/bcache3
查看cache set uuid
# ls -la /sys/fs/bcache/
total 0
drwxr-xr-x 3 root root 0 May 22 17:23 .
drwxr-xr-x 6 root root 0 May 22 17:21 ..
drwxr-xr-x 7 root root 0 May 22 17:26 7681dbb3-6558-4e60-b062-5fbb648f6665
–w——- 1 root root 4096 May 2217:57 register
–w——- 1 root root 4096 May 2220:44 register_quiet
“attach”后端设备
命令：echo [cache set uuid] >/sys/block/bcache[N]/bcache/attach
attach之后，缓存设备就能够对新加的后端设备缓存数据了。
# echo 7681dbb3-6558-4e60-b062-5fbb648f6665 >/sys/block/bcache3/bcache/attach
2.3 删除一块后端设备
1）detach backing device
命令：echo [cache set uuid] >/sys/block/bcache[N]/bcache/detach
detach后端设备后，对应的bcache设备还是存在的，只不过这个bcache设备是无缓存的，查看其状态可以看到是no cache
比如删除bcache3
# echo 7681dbb3-6558-4e60-b062-5fbb648f6665 >/sys/block/bcache3/bcache/detach
# cat /sys/block/bcache3/bcache/state
no cache
2)stop backing device
命令：echo 1 > /sys/block/bcache[N]/bcache/stop
detach后端设备后，对应的bcache设备还存在，如果要删除，还需要stop该设备
# echo 1 > /sys/block/bcache3/bcache/stop
# ls /dev/bcache* -la
brw-rw—T 1 root disk 250, 0 May 22 17:51 /dev/bcache0
brw-rw—T 1 root disk 250, 1 May 22 17:54 /dev/bcache1
brw-rw—T 1 root disk 250, 2 May 22 20:42 /dev/bcache2
2.4 新增一块缓存设备（caching device）
1）创建cache设备
命令：make-bcache -C [cache device]
有可能对应的设备已经有一些元数据，需要使用wipefs清理掉
# make-bcache -C /dev/vdf
Device /dev/vdf already has a non-bcache superblock, remove it using wipefs andwipefs -a
# wipefs -a /dev/vdf
4 bytes were erased at offset 0x27fff0000 (linux_raid_member)
they were: fc 4e 2b a9
# make-bcache -C /dev/vdf
UUID: 1f8bc71f-0106-4da5-b781-5de7b1517706
Set UUID: 7bfb0d17-b6d0-4fe9-942b-a1c75a0893ab
version: 0
nbuckets: 20480
block_size: 1
bucket_size: 1024
nr_in_set: 1
nr_this_dev: 0
first_bucket: 1
2）与bcache设备关联
命令：echo [cache set uuid] >/sys/block/bcache[N]/bcache/attach
缓存设备需要与bcache设备关联后，才能作为对应bcache设备缓存。
# echo 7bfb0d17-b6d0-4fe9-942b-a1c75a0893ab >/sys/block/bcache3/bcache/attach
2.5 删除cache设备
首先确保没有backing device在使用它，上述的“删除一块后端设备”有说明如何设置取消后端设备对缓存设备的使用。
然后可以使用lsblk来查看是否有盘在引用它。
在在/sys/fs/bcache目录下还有对应的cacheset uuid，unregister该set uuid后这个cache设备就被视为删除了。
命令：echo 1 > /sys/fs/bcache/[cache setuuid]/unregister
比如vde已经不作为任何设备的缓存盘了，在/sys/fs/bcache目录下有对应的cache set uuid
# ls /sys/fs/bcache/ -la
total 0
drwxr-xr-x 4 root root 0 5月 26 09:07 .
drwxr-xr-x 6 root root 0 5月 26 09:06 ..
drwxr-xr-x 7 root root 0 5月 26 09:077681dbb3-6558-4e60-b062-5fbb648f6665
drwxr-xr-x 7 root root 0 5月 26 09:077bfb0d17-b6d0-4fe9-942b-a1c75a0893ab
–w——- 1 root root 4096 5月 26 09:07 register
参考资料：
1.A block layer cache (bcache) https://www.kernel.org/doc/Documentation/bcache.txt
