flashcache原理及改造

flashcache 内部原理和优化
核心系统部-内核组
Robin Dong <robin.k.dong@gmail.com>

讲师介绍
• 核心系统部-内核组-董昊（花名：三百）
• 2006年加入阿里巴巴-雅虎中国从事c/c++服务端程序开发
• 2008年转入淘宝，继续从事c/c++服务端程序及公用库开发
• 2011年转入核心系统部内核组，目前从事文件系统和IO相关的内核开
发和调优
• 内核组百科：http://baike.corp.taobao.com/index.php/Kernel
• 内核组wiki：http://kernel.taobao.org/

课程目标与目标学员
• 面向学员：>=P6，有linux上编程开发经验
• 课程目标：通过本课程，学员可以：
1. 更深的理解linux的block层结构
2. 了解linux的device mapper框架
3. 了解flashcache的原理

课程大纲页
1. Linux内核的block层
2. Device Mapper原理
3. Flashcache原理
4. Flashcache改造

Linux内核的Block层
 Block层位于文件系统层之下，设备驱动层之上
图片来自 http://adrianhuang.blogspot.com/

 BIO与request
图片来自 http://lwn.net/Articles/26404/

 Linux内核的所有IO最后都走到submit_bio函数
图片来自
http://adrianhuang.blogspot.com/

 request_queue
图片来自 http://blog.csdn.net/fudan_abc/article/details/2034264

 IO调度器
 cfq （为每个进程准备一个队列）
 deadline （读请求、写请求两个队列）
 anticipatory （deadline的改进）
 noop

Device Mapper原理
 将两个（或多个设备）聚合成一个虚拟设备
图片来自 http://www.ningoo.net/

Device Mapper原理
 线性聚合
 dmsetup create my_linear table.txt
 table.txt:
0 1048576 linear /dev/sda 0
1048576 2097152 linear /dev/sdb 0

Device Mapper原理
 striped聚合（RAID0）
 dmsetup create my_stripe table.txt
 table.txt:
0 2097152 striped 2 32 /dev/sda 0 /dev/sdb 0

Flashcache原理
 Flashcache用device mapper框架实现

Flashcache原理
 直接处理传入虚拟设备的BIO
 默认每8个sector（512Bytes）为一个block，每512个block为一
个set; cache和disk都按此划分
 set内的block由LRU链表管理
 非常简单的Hash算法：在disk上属于哪个set，直接模上cache
的set数

Flashcache原理
 Writeback（回写）模式
– 写操作迅速完成（只写cache）
– 利用work_queue（由keventd内核线程执行）把cache中的
dirty block写往disk

Flashcache原理
 Flashcache的可调参数
 /proc/sys/dev/flashcache/fioa3+fioa1/
 dirty_thresh_pct （可以最多保持多少dirty blocks，针对单个set）
 do_sync
 fallow_clean_speed/fallow_delay
 skip_seq_thresh_kb （用32个seqio结构来跟踪连续的IO流）

Flashcache改造
线上RDS平台（mysql hosting）需要按比例控制IO
– 某些进程可以使用50%的IO带宽，某些只能用20%
– cfq调度器可以调整每个进程分配的时间片做到这一点

Flashcache改造
 blokio-controller
– mount -t cgroup -o blkio none /cgroup
– mkdir -p /cgroup/test1/ /cgroup/test2
– echo 1000 > /cgroup/test1/blkio.weight
echo 500 > /cgroup/test2/blkio.weight
– echo ${PID1} > /cgroup/test1/tasks
echo ${PID2} > /cgroup/test2/tasks

Flashcache改造
 直接把flashcache的io scheduler改为cfq？
Flashcache是BIO based，根本不走io scheduler ！

Flashcache改造
 直接在flashcache_map里调用__make_request？
 IRQ没有关闭，会报BUG_ON（）
 直接利用device mapper带的map_rq?
 一个request可能会包含多个bio

Flashcache改造
 Device mapper提供的struct target_type
struct target_type {
uint64_t features;
const char *name;
struct module *module;
unsigned version[3];
dm_ctr_fn ctr;
dm_dtr_fn dtr;
dm_map_fn map;
dm_map_request_fn map_rq;
......
}

Flashcache改造
 改造方法：
– 在struct target_type里添加mk_rq方法
– 实现map_rq
– dm_io_async_bvec函数的改造:原先发出去的BIO现在改为放
入flashcache设备的request_queue里

Flashcache改造
按照每个进程的比例划分占用的cache空间
每个group一个LRU
可以从 cat /proc/flashcache/fioa3+fioa1/flashcache_blocks 里查看
每个group的名称、权重、已经使用了多少个block

推荐学习资料
BIO介绍: http://lwn.net/Articles/26404/
Block layer介绍：
http://blog.csdn.net/fudan_abc/article/details/2034264
Flashcache介绍：
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-
devmapper/index.html

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