SSD緩存是一種將常用數據存儲到快速緩存的計算技術。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，可將常用和最新數據存儲到快速SSD緩存中。這通過提高IOPS性能和減少延遲來解決與HDD硬盤相關的I/O問題，從而顯著縮短加載時間和執行。緩存適用于讀取和寫入，尤其有利于讀取密集型應用程序。

高速緩存對硬盤來說并不陌生。Windows和Linux等操作系統附帶本機緩存軟件。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SSD硬盤都是NAND閃存。在此體系結構中，緩存程序將不滿足緩存要求的數據導向HDD硬盤，并將高I/O數據臨時存儲到NAND閃存芯片。

這個臨時存儲或緩存通過使數據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內的一小部分存儲器單元。許多SSD硬盤已經帶有緩存存儲區，可能是NAND和/或DRAM。

SSD緩存通過存儲隨時需要的數據來提高性能，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：將數據副本存儲在快速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據來填充緩存。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。緩存可以加快數據檢索速度，而主存儲寫入可以安全地保留數據，即使系統中斷會影響緩存。直寫SSD緩存不需要為緩存數據提供額外的數據保護，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據。該方法的延遲低于直寫，但如果緩存在數據寫入主存儲之前丟失數據，則該數據將丟失。用于回寫SSD高速緩存的典型數據保護解決方案是冗余SSD或鏡像。

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

優化硬盤性能

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

如果沒有，緩存軟件將使用算法來預測數據訪問的模式。該算法識別最少和最常用的數據，以及最少和最近的數據訪問，使其能夠將高優先級活動數據的副本放入快速高速緩沖存儲器中。

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

SSD緩存位置

SSD緩存可能出現在使用SSD硬盤的任何類型的設備中：

?個人計算機(Windows和Linux操作系統都提供基本緩存)

?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器—但意識到服務器緩存不僅限于SSD;eMMC是支持緩存的嵌入式閃存。

SSD緩存用例：虛擬化基礎設施

SSD緩存可以顯著提高企業應用程序和大型虛擬化網絡的性能并降低延遲。

例如，SSD緩存可加速I/O性能，虛擬化環境可生成大量隨機I/O。這是因為虛擬化環境將許多不同的服務器功能和應用程序結合在一起。這包括具有數百到數千個虛擬桌面的VDI，或具有數十個不同應用程序服務器和數百個動態虛擬機的虛擬化計算網絡。

所有這些虛擬化實體共享相同的底層存儲介質(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境并不劃算。全閃存陣列(AFA)支持極高數量的I/O，但即使是更大的虛擬化環境也不會自動生成全閃存陣列(AFA)現在或將來能夠支持的幾乎相同數量的I/O。

這種架構不能證明全閃存陣列的高成本。但在構成虛擬化網絡的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。

與基于網絡陣列的存儲相反，基于服務器的SSD硬盤也可用于虛擬化網絡。在這些情況下，主機服務器在其直連存儲中使用SSD緩存來為多個虛擬機提供服務。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。缺點是服務器出現故障，緩存的數據可能是不可訪問的，甚至可能是不可恢復的，這取決于寫緩存的類型。但是，如果IT備份/快照/復制緩存的數據并快速恢復到另一臺服務器，這不是一個巨大的缺點。

最佳的SSD緩存軟件

“最佳”在SSD緩存中是一個復雜的概念，因為有許多技術可以提供緩存軟件命令。其中包括VMware和Hyper-V、特定應用程序、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技術。智能響應技術是Intel公司快速存儲技術的一項功能，可提高混合陣列的性能和耐用性。智能響應技術將最常用數據和應用程序的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RAIDSSD緩存控制器，該控制器使用智能緩存算法識別經常訪問的數據，并將其引導至快速閃存。

?QNAP：網絡附屬存儲(NAS)上的本機SSD緩存。QNAP公司聲稱其緩存功能可將QNAP網絡附加存儲上的IOP性能提升多達10倍，并將延遲降低三倍。QNAP為數據庫和虛擬化環境推出了具有SSD緩存功能的網絡附屬存儲(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。一旦數據存儲在SSD高速緩存中，后續讀取將在高速緩存上執行，而不是在主存儲中執行。高性能SSD緩存可改善應用程序I/O和響應時間，并可在不同工作負載下提升性能。