LVM Cache su SSD

Stanco delle prestazioni da bradipo dell’emulatore di Android e della (ahimé talvolta necessaria) macchina virtuale con Windows, che grattano di continuo sul disco meccanico della mia home directory, ho deciso che era giunto il momento di intervenire, per evitare di trovarsi catapultati negli anni 90 ogni due minuti.

Per risolvere il problema prestazionale esiste una soluzione molto semplice: comprare un nuovo disco a stato solido, abbastanza capiente. Questa soluzione però non è sicuramente delle più economiche.

La soluzione arzigogolata e nerd invece è: usare un piccolo disco SSD d’avanzo come cache per il disco meccanico.

Configurazione iniziale

Qualche mese fa mi è capitata una rocambolesca avventura per cui ho rischiato di perdere tutti i miei dati per colpa di un programmatore di firmware distratto. Certo, avevo un backup, ma non è la stessa cosa.

Quel giorno comprai dei dischi nuovi e mi feci un bel RAID1, come in figura.

Configurazione attuale, lenta

Questa configurazione avrebbe dovuto aiutarmi a prevenire perdite di dati, e anche a migliorare le performance in lettura dei dischi. Tuttavia, come ben presto si è rivelato, le cose non stavano affatto così, almeno quando i dischi venivano (ab)usati dalle sopraccitate applicazioni, particolarmente avide di random IO.

Il sistema operativo risiede comunque su un disco SSD a parte.

Nuova configurazione

Avendo un disco SSD d’avanzo, che avevo usato per rinsavire il computer portatile che mi ha accompagnato per numerosi viaggi in treno avanti e indietro per l’Università, ho quindi deciso di modificare la mia configurazione nel seguente modo.

In questo modo, ogni volta che viene effettuato un accesso ad un file sul mio filesystem, LVM si preoccupa di controllare se, per caso, tale accesso può essere fatto anche per mezzo di una copia che si trova sul disco SSD.

Sì, LVM probabilmente potrebbe gestire direttamente anche il RAID, ma per il momento ho preferito riutilizzare le conoscenze già acquisite e continuare a sfruttare il RAID con mdadm.

La torre di Hanoi

Mi sono fatto prestare un disco meccanico di capienza identica ai miei dall’Officina Informatica del GOLEM.

Copiare tutto su quel disco e ricopiare di nuovo sul RAID? No, ho già trovato un disco col firmware buggato, e non desidero trovarne altri. Figuriamoci usare un disco usato di recupero!

Fare una specie di torre di Hanoi e rischiare comunque di perdere i dati per qualche errore umano (da me commesso)? Sì, facciamolo.

Mi sono quindi portato nella seguente situazione, installando il disco meccanico di passaggio, nominato sdd.

Poiché è molto facile fare confusione con i nomi, e poiché LVM permette di usare nomi mnemonici, ho assegnato i seguenti nomi autoesplicativi ai vari componenti del mio spazio di archiviazione.

• picostorage: il gruppo virtuale;
• slowdino: il volume sul vecchio lento dinosauro meccanico (il RAID1);
• fastrabbit: il volume sul nuovo veloce disco SSD;
• metaguy: il volume per i metadati;

Ho impostato la nuova configurazione, ma con un disco mancante (in rosso in figura).

# mdadm --create /dev/md1 --level=mirror --raid-devices=2 /dev/sdd missing
# pvcreate /dev/md1
# vgcreate picostorage /dev/md1
# lvcreate --name slowdino --size 1t picostorage /dev/md1
# mkfs.ext4 /dev/picostorage/slowdino

Dopodiché ho avviato la copia dei dati.

# mount /dev/picostorage/slowdino /mnt/dst
# rsync -av /home/* /mnt/dst

E, mentre copiava, conscio del fatto che avrebbe impiegato diverso tempo, mi sono preparato a inserire la cache.

# pvcreate /dev/sdc
# vgextend picostorage /dev/sdc
# lvcreate --name fastrabbit --size 64g picostorage /dev/sdc
# lvcreate --name metaguy --size 64m picostorage /dev/sdc
# lvconvert --type cache-pool --poolmetadata picostorage/metaguy picostorage/fastrabbit

Ho atteso la fine della copia dei miei dati, per evitare di abusare del povero disco SSD più del dovuto, dopodiché ho attivato la cache.

# lvconvert --type cache --cachepool picostorage/fastrabbit picostorage/slowdino

A questo punto, la cache è attiva. Non rimane che colmare il buco dell’array con uno dei dischi del vecchio array: simulo un guasto a uno dei dischi, lo rimuovo dall’array originale, cancello i metadati, e lo inserisco nel nuovo array.

# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb
# mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb
# dd if=/dev/zero of=/dev/sdb bs=1M count=1
# mdadm /dev/md1 --add /dev/sdb

Mi trovo quindi in questa condizione, e attendo pazientemente che l’array su sdb venga ricostruito, controllandolo con mdstat.

Una volta ricostruito l’array correttamente su sdb e su sdd, ripeto l’operazione, simulando stavolta il fallimento di sdd, e inserendo nell’array sda. Al termine dell’operazione, mi trovo con i miei due dischi sda e sdb nella nuova configurazione, e posso restituire sdd al GOLEM.

In nessun momento di tutta questa procedura i miei dati sono stati su un disco soltanto, perciò si può dire che la procedura sia a prova di guasti hardware.

Non sono però sicuro che sia a prova di guasti umani, perciò non fatelo a casa.

Benchmark

Per verificare se davvero questa cache serve a qualcosa, faccio un veloce test.

$ fio --randrepeat=1 --ioengine=libaio --direct=1 --gtod_reduce=1 --name=test --filename=test --bs=4k --iodepth=64 --size=500M --readwrite=randrw --rwmixread=75

A fronte di circa 400 IOPS ottenute prima di installare la cache, adesso ne vengono fatte oltre 4000! Un risultato più che soddisfacente.

Anche durante l’uso delle applicazioni più avide, adesso la macchina risulta molto più fluida.

Manutenzione

Ogni tanto è bene controllare lo stato della cache e del RAID, e per questo ci vengono in aiuto i seguenti comandi:

# lvdisplay
# mdstat