Механизмы кэширования ZFS: ARC и L2ARC

Я думаю, многим известно, что ZFS отличается очень большим числом крайне интересных функций. Кэширование не стало исключением - тут у ZFS есть в арсенале целых два механизма: ARC и L2ARC.

Почему они так странно называются, ARC? Эти кэши получили свое название в честь алгоритма кэширования, на котором они основаны, алгоритма ARC, кроме него также широко распространен LRU, но ARC считается более производительным.

ARC - это кэш ZFS, расположенный в оперативной памяти, L2ARC - его продолжение (Layer 2, второй уровень), но на более медленном, чем оперативная память носителе (но при этом обладающим бОльшим объемом) и в то же время, более быстром, чем диски самого массива. Обычно, в роли носителей для L2ARC используются SSD диски, так как их скорости чтения/записи с легкостью превосходят последние модели SAS.

Говоря об абстрактных вещах, таких как кэши, тем не менее сложно не оглядываться в практическую сторону - да, SSD диски хороши при чтении данных, это они делают ну очень быстро, но пи этом далеко не у всех SSD носителей хорошо обстоят дела со скоростями записи. Не станет ли при этом запись в кэш тормозить непосредственно чтение? Нет, не будет, запись в кэши в ZFS происходит асинхронно и никак не может повлиять на чтение с ZFS.

Как же это работает на деле?

Наполнение кэша: при чтении, данные, к которым идет наиболее частый доступ, помещаются в ARC кэш, со временем он переполняется и данные из ARC кэша вытесняются в L2ARC кэш до лучших времен и лишь после этого удаляются совсем.

Использование кэша: при попытке прочесть данные с диска, ZFS сначала ищет их в оперативной памяти (ARC), если там необходимые данные отсутствуют, то выполняется попытка найти их в L2ARC кэше и лишь в случае неудачи на этом шаге будет выполнено реальное чтение с физического устройства.

Многие могут заметить - а не проще ли создать огромный ARC кэш, ведь оперативная память крайне дешева? Нет, не проще, крайне проблематично поставить на сервер, скажем, 256 гигабайт памяти под кэш массива тб на 150 :)

Как было сказано выше, в первую очередь эти кэши используется при чтении и как раз при нем дают максимальный эффект, но как быть при записи? Ведь нельзя долго складировать данные в памяти, иначе это чревато их потерей при потере питания (а вот для ZFS это абсолютно безопасно - она не пострадает, просто данные не будут записаны и все, консистеность же файловой системы будет вне угрозы). На этот случай (для ускорения операций записи) в ZFS также имеется технология кэширования (но не данных, а транзакций), которая именуется ZIL. Но об этом я напишу в отдельном посте.

А вот небольшая заметка про реальное увеличение скорости за счет использования L2ARC: http://www.zfsbuild.com/2010/07/30/testing-the-l2arc/ и вот заметка про увеличение скорости работы MySQL: http://blogs.sun.com/cs/entry/improving_mysql_innodb_zfs_read

Источники: http://blogs.sun.com/brendan/entry/test и http://www.zfsbuild.com/2010/04/15/explanation-of-arc-and-l2arc/