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CentOS7 利用LVM Cache结合机械盘和SSD盘实现磁盘IO性能提升

创作时间:

作者:

@小白创作中心

CentOS7 利用LVM Cache结合机械盘和SSD盘实现磁盘IO性能提升

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/qq_34777982/article/details/128844378

本文将介绍如何在CentOS7系统中利用LVM cache技术结合机械盘和SSD盘来提升磁盘IO性能。通过创建LVM cache池并使用fio工具进行性能测试，可以显著改善系统磁盘的读写速度。

环境说明

操作系统：CentOS7 最小化安装
系统盘sda 100G（机械盘）+ 数据盘sdb 100G（机械盘）+ SSD缓存盘 sdc 64G

实现过程

对数据盘和缓存盘进行分区，建立一个区就行
```
parted /dev/sdb
parted /dev/sdc
```
创建pv
```
pvcreate /dev/sdb1 /dev/sdc1
```
创建vg
```
vgcreate vg /dev/sdb1 /dev/sdc1
```
创建数据卷并指定创建在/dev/sdb1上
```
lvcreate -n data -L 98G vg /dev/sdb1
```
创建缓存卷并指定创建在/dev/sdc1上
```
lvcreate -n cache -L 60G vg /dev/sdc1
```
创建meta卷并指定创建在/dev/sdc1
```
lvcreate -n meta -L 3G vg /dev/sdc1
```

创建缓存池

lvconvert --type cache-pool --poolmetadata vg/meta vg/cache

注意：cache和meta的顺序不能搞错。

给数据卷提供缓存

lvconvert --type cache --cachepool vg/cache --cachemode writeback vg/data

注意：Cache与Meta的比例不能超过1000:1

查看验证
```
lsblk
```

格式化并挂载

mkfs.xfs /dev/vg/data
mkdir /data
mount /dev/mapper/vg-data /data

使用fio测试磁盘IO性能

# 取消缓存
lvconvert --uncache vg/data

fio工具使用说明

fio是一个开源压力测试工具，主要用来测试硬盘IO性能。这个工具的可定制性非常强，可以根据测试者的想法进行各种混合io测试，它支持13种不同类型io引擎（libaio、sync、mmap、posixaio、network等等）。它可以测试块设备或文件，可以通过多线程或进程模拟各种io操作，可以测试统计iops、带宽和时延等性能。

当前我们通常使用异步IO引擎libaio，并结合direct=1，以绕过文件系统缓存来测试硬盘的真实IO性能。关注的指标为：IOPS和带宽。

参数说明

参数	参数值	解释
filename	设备名或文件名，如：裸设备/dev/sdb，文件/home/test.img	定义测试对象，一般是设备或者文件。如果想测试裸盘设备/dev/sdb，可以设置filename=/dev/sdb；如果想要测试文件系统性能，则可以设置filename=/home/test.img
name	测试名称	定义测试名称。必填项，本地fio测试的名称，对性能没有影响。
rw	测试类型，可选值有：read，write，rw，randread，randwrite，randrw	定义测试的读写类型：read-顺序读，write-顺序写，rw(readwrite)- 混合顺序读写，randread- 随机读，randwrite-随机写，randrw-混合随机读写。对于读写混合类型来说，默认读写比例为1:1
rwmixwrite，rwmixread	混合读写中读写占用比例，可选值为[0,100]	定义在混合读写模式中，写或读所占的比例。举例来说，rwmixread值为10，则表示读写比为10:90。
ioengine	io引擎选择，可选值有sync、libaio、psync、vsync、mmap等	定义fio如何下发io请求。sync：基本的read、write io。 libaio：linux原生的异步io，linux只支持non-buffer情况下的排队操作。默认值为psync，该模式为同步io模型，异步io模型libaio，一般结合direct=1使用。
direct	0或1	定义是否使用direct io：值为0，表示使用buffered io；值为1，表示使用direct io。
bs	带单位的数字	定义io的块大小，单位是k，K，m，M。默认值为4k。
numjobs	正整数	定义测试的进程/线程数，默认值为1，如果指定了thread参数，则使用单进程多线程模式，否则使用多进程模式
iodepth	正整数	定义每个进程/线程可以同时下发的io任务数，默认为1，适用于异步io场景，同步io场景要等前一个io任务完成才能下发下一个任务，所以iodepth并不起作用。
cpu_allowed	指定cpu的core	fio测试的所有进程/线程可以选择的cpu核，可以是单独一个或者多个核，也可以是一个范围。

测试一般关注顺序读、顺序写、随机读、随机写、混合读写，覆盖小包例如4K，大包例如1024K。测试的硬盘通常选用NVMe SSD，文件系统采用EXT4/XFS。关注指标：IOPS和带宽BW。一般性能问题基本集中在小包，主要受内核在存储IO栈以及文件系统的性能影响

源码编译安装fio

# 安装编译工具
yum install gcc make gcc-c++ libaio-devel
# 下载源码 https://brick.kernel.dk/snaps/
wget https://brick.kernel.dk/snaps/fio-3.38.tar.gz
# 解压编译安装
tar -zxvf fio-3.38.tar.gz && cd fio-3.38
./configure
make
make install

其他性能测试命令参考

IOPS：

随机读

fio --filename=/改成待测试文件名称 --ioengine=libaio --rw=randread  --bs=4k --size=40G --iodepth=64 --numjobs=4 --direct=1 --name=4kiops_randread  --group_reporting --runtime=120

随机写

fio --filename=/改成待测试文件名称 --ioengine=libaio --rw=randwrite --bs=4k --size=40G --iodepth=64 --numjobs=4 --direct=1 --name=4kiops_randwrite --group_reporting --runtime=120

吞吐量：

随机读

fio --filename=/改成待测试文件名称 --ioengine=libaio --rw=randread  --bs=4M --size=40G --iodepth=64 --numjobs=1 --direct=1 --name=4kio_randread    --group_reporting --runtime=120

随机写

fio --filename=/改成待测试文件名称 --ioengine=libaio --rw=randwrite --bs=4M --size=40G --iodepth=64 --numjobs=1 --direct=1 --name=4kio_randwrite   --group_reporting --runtime=120

时延：

随机读

fio --filename=/改成待测试文件名称 --ioengine=libaio --rw=randread  --bs=4k --size=40G --iodepth=1  --numjobs=1 --direct=1 --name=4klat_randread   --group_reporting --runtime=120

随机写

fio --filename=/改成待测试文件名称 --ioengine=libaio --rw=randwrite --bs=4k --size=40G --iodepth=1  --numjobs=1 --direct=1 --name=4klat_randwrite  --group_reporting --runtime=120

磁盘IO性能测试脚本

这是一个主要测试IOPS的磁盘IO性能测试脚本：

#!/bin/bash
filename=/data/fiotest
size=5G
runtime=60
report_path=/var/log/fio.report

# 4k顺序读
echo ">>>正在进行4k顺序读测试"
fio -filename=$filename  -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=read -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=4k -size=$size -numjobs=20 -runtime=$runtime -group_reporting -name=4k顺序读 > $report_path

# 4k顺序写
echo ">>>正在进行4k顺序写测试"
fio -filename=$filename  -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=4k -size=$size -numjobs=20 -runtime=$runtime -group_reporting -name=4k顺序写 >> $report_path

# 4k顺序混合读写
echo ">>>正在进行4k顺序混合读写测试"
fio -filename=$filename  -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=rw -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=4k -size=$size -numjobs=20 -runtime=$runtime -group_reporting -name=4k顺序混合读写 >> $report_path

# 4k随机读
echo ">>>正在进行4k随机读测试"
fio -filename=$filename  -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randread -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=4k -size=$size -numjobs=20 -runtime=$runtime -group_reporting -name=4k随机读 >> $report_path

# 4k随机写
echo ">>>正在进行4k随机写测试"
fio -filename=$filename  -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=4k -size=$size -numjobs=20 -runtime=$runtime -group_reporting -name=4k随机写 >> $report_path

# 4k随机混合读写
echo ">>>正在进行4k随机混合读写测试"
fio -filename=$filename  -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -rwmixread=70 -ioengine=psync -bs=4k -size=$size -numjobs=20 -runtime=$runtime -group_reporting -name=4k随机混合读写 >> $report_path

echo ">>>FIO测试完毕,测试报告位于$report_path"