SSD緩存是一種將常用數(shù)據(jù)存儲到快速緩存的計算技術(shù)。這可以提高每秒輸入輸出量(IOPS)性能，并減少延遲。

那么什么是SSD緩存？SSD緩存是一種計算和存儲技術(shù)，可將常用和最新數(shù)據(jù)存儲到快速SSD緩存中。這通過提高IOPS性能和減少延遲來解決與HDD硬盤相關(guān)的I/O問題，從而顯著縮短加載時間和執(zhí)行。緩存適用于讀取和寫入，尤其有利于讀取密集型應(yīng)用程序。

高速緩存對硬盤來說并不陌生。Windows和Linux等操作系統(tǒng)附帶本機緩存軟件。HDD硬盤陣列緩存軟件存在并提高了整體性能，但配置昂貴且復(fù)雜。

緩存如何工作?

SSD緩存也稱為閃存緩存。雖然閃存和SSD硬盤不是一回事，但大多數(shù)SSD硬盤都是NAND閃存。在此體系結(jié)構(gòu)中，緩存程序?qū)⒉粷M足緩存要求的數(shù)據(jù)導向HDD硬盤，并將高I/O數(shù)據(jù)臨時存儲到NAND閃存芯片。

這個臨時存儲或緩存通過使數(shù)據(jù)副本更靠近處理器來加速讀取和寫入請求。高速緩存可以包括SSD硬盤或SSD內(nèi)的一小部分存儲器單元。許多SSD硬盤已經(jīng)帶有緩存存儲區(qū)，可能是NAND和/或DRAM。

SSD緩存通過存儲隨時需要的數(shù)據(jù)來提高性能，從而使其更快速地可用。

SSD緩存的類型

為了全面了解SSD緩存的工作原理，以下了解一下各種類型的SSD緩存。這些不同類型的SSD緩存包括讀取緩存SSD緩存、直寫SSD緩存、回寫SSD緩存、繞寫SSD緩存。

?讀取SSD緩存：將數(shù)據(jù)副本存儲在快速SSD存儲單元中;通常是NAND和/或DRAM。緩存軟件使用緩存的讀取數(shù)據(jù)來填充緩存。來自不同制造商的讀取緩存可以使用算法變體，例如在SSD上耦合DRAM和NAND存儲器單元以產(chǎn)生甚至更快的緩存性能。

?寫入SSD緩存類型：

直寫SSD緩存同時寫入緩存和主存儲。緩存可以加快數(shù)據(jù)檢索速度，而主存儲寫入可以安全地保留數(shù)據(jù)，即使系統(tǒng)中斷會影響緩存。直寫SSD緩存不需要為緩存數(shù)據(jù)提供額外的數(shù)據(jù)保護，但會增加寫入延遲。

回寫SSD緩存確認將塊寫入SSD緩存，并且在將塊寫入主存儲器之前可以使用該數(shù)據(jù)。該方法的延遲低于直寫，但如果緩存在數(shù)據(jù)寫入主存儲之前丟失數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)將丟失。用于回寫SSD高速緩存的典型數(shù)據(jù)保護解決方案是冗余SSD或鏡像。

繞寫SSD緩存首先將數(shù)據(jù)寫入主存儲，而不是寫入緩存。這為SSD緩存提供了分析數(shù)據(jù)請求和識別最常用和最近使用的數(shù)據(jù)的時間。SSD緩存可以有效地緩存高優(yōu)先級數(shù)據(jù)請求，而不會將不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)淹沒在緩存中。

優(yōu)化硬盤性能

SSD緩存通過保持頻繁訪問的數(shù)據(jù)立即可用來提高存儲性能。當主機發(fā)出數(shù)據(jù)請求時，緩存軟件將首先分析SSD緩存以查看數(shù)據(jù)是否已駐留在那里。

如果沒有，緩存軟件將使用算法來預(yù)測數(shù)據(jù)訪問的模式。該算法識別最少和最常用的數(shù)據(jù)，以及最少和最近的數(shù)據(jù)訪問，使其能夠?qū)⒏邇?yōu)先級活動數(shù)據(jù)的副本放入快速高速緩沖存儲器中。

并非每個應(yīng)用程序都通過SSD緩存得到改進。任何主要發(fā)布順序讀取和寫入的應(yīng)用程序(如視頻流)都不需要隨機I/O緩存。并且沒有預(yù)測模式的數(shù)據(jù)(例如隨機數(shù)據(jù)讀取)不會受益于SSD緩存，因為沒有數(shù)據(jù)模式可以可靠地預(yù)測。

SSD緩存位置

SSD緩存可能出現(xiàn)在使用SSD硬盤的任何類型的設(shè)備中：

?個人計算機(Windows和Linux操作系統(tǒng)都提供基本緩存)

?外部存儲陣列

?SSD存儲控制器

?具有直接連接混合存儲的服務(wù)器—但意識到服務(wù)器緩存不僅限于SSD;eMMC是支持緩存的嵌入式閃存。

SSD緩存用例：虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施

SSD緩存可以顯著提高企業(yè)應(yīng)用程序和大型虛擬化網(wǎng)絡(luò)的性能并降低延遲。

例如，SSD緩存可加速I/O性能，虛擬化環(huán)境可生成大量隨機I/O。這是因為虛擬化環(huán)境將許多不同的服務(wù)器功能和應(yīng)用程序結(jié)合在一起。這包括具有數(shù)百到數(shù)千個虛擬桌面的VDI，或具有數(shù)十個不同應(yīng)用程序服務(wù)器和數(shù)百個動態(tài)虛擬機的虛擬化計算網(wǎng)絡(luò)。

所有這些虛擬化實體共享相同的底層存儲介質(zhì)(主要是HDD硬盤)，因為用所有閃存陣列替換HDD陣列以支持虛擬化環(huán)境并不劃算。全閃存陣列(AFA)支持極高數(shù)量的I/O，但即使是更大的虛擬化環(huán)境也不會自動生成全閃存陣列(AFA)現(xiàn)在或?qū)砟軌蛑С值膸缀跸嗤瑪?shù)量的I/O。

這種架構(gòu)不能證明全閃存陣列的高成本。但在構(gòu)成虛擬化網(wǎng)絡(luò)的HDD硬盤或混合陣列中，SSD緩存使硬盤能夠支持高I/O需求，即使是對于密集的虛擬化工作負載也是如此。

與基于網(wǎng)絡(luò)陣列的存儲相反，基于服務(wù)器的SSD硬盤也可用于虛擬化網(wǎng)絡(luò)。在這些情況下，主機服務(wù)器在其直連存儲中使用SSD緩存來為多個虛擬機提供服務(wù)。由于SSD緩存在物理上接近I/O位置，因此延遲會進一步降低。缺點是服務(wù)器出現(xiàn)故障，緩存的數(shù)據(jù)可能是不可訪問的，甚至可能是不可恢復(fù)的，這取決于寫緩存的類型。但是，如果IT備份/快照/復(fù)制緩存的數(shù)據(jù)并快速恢復(fù)到另一臺服務(wù)器，這不是一個巨大的缺點。

最佳的SSD緩存軟件

“最佳”在SSD緩存中是一個復(fù)雜的概念，因為有許多技術(shù)可以提供緩存軟件命令。其中包括VMware和Hyper-V、特定應(yīng)用程序、第三方軟件、Windows和Linux、SSD存儲控制器和存儲陣列。例如：

?Intel：用于混合緩存的智能響應(yīng)技術(shù)。智能響應(yīng)技術(shù)是Intel公司快速存儲技術(shù)的一項功能，可提高混合陣列的性能和耐用性。智能響應(yīng)技術(shù)將最常用數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的I/O塊緩存到SSD硬盤中，并將HDD硬盤用于大容量存儲。

?Intel：RAID緩存控制器。Intel公司還生產(chǎn)RAIDSSD緩存控制器，該控制器使用智能緩存算法識別經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)，并將其引導至快速閃存。

?QNAP：網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(NAS)上的本機SSD緩存。QNAP公司聲稱其緩存功能可將QNAP網(wǎng)絡(luò)附加存儲上的IOP性能提升多達10倍，并將延遲降低三倍。QNAP為數(shù)據(jù)庫和虛擬化環(huán)境推出了具有SSD緩存功能的網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(NAS)。

?NetApp：基于陣列的SSD緩存。SSD緩存功能可提高NetApp陣列的讀取性能，因此主要用于存儲讀取密集型應(yīng)用程序的陣列。NetApp公司在其SSD上使用主要和二級緩存位置：主緩存是基于SSD控制器的DRAM，而NAND閃存單元是其二級緩存。一旦數(shù)據(jù)存儲在SSD高速緩存中，后續(xù)讀取將在高速緩存上執(zhí)行，而不是在主存儲中執(zhí)行。高性能SSD緩存可改善應(yīng)用程序I/O和響應(yīng)時間，并可在不同工作負載下提升性能。