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上一篇文章中介绍了闪存在以vSAN为代表的软件定义存储（SDS）中的两种使用方式
，即全闪和混闪两种配置，全闪配置拥有更好的性能和更低的延迟，混闪在满足所需性能的同时，拥有更好的成本。混闪方案需要软件提供分层（Tier）或缓存（Cache）的功能，正在流行的SDS/HCI产品都会提供。那么，出于各种原因而没有部署这类产品的用户该如何利用SSD来加速应用响应呢？本文将介绍iCAS软件加速方案，以及企事录实验室利用iCAS在加速数据库方面的测试分享。
iCAS，即Intel Cache Acceleration Software（英特尔缓存加速软件），是Intel公司推出的一款轻量级缓存加速软件，其安装在应用服务器之上，利用应用服务器上的SSD，对本地存储、外置SAN存储或者直连JBOD等进行加速。可运行于Windows和Linux两大类别的操作系统平台，在缓存加速方面支持包括Write-Through和Write-Back在内共4种模式。
在对这4种模式进行简单介绍之前， 先给出名词解释：
Cache设备和核心设备是相对的概念。譬如，以SATA SSD为cache设备， 则机械硬盘可以是核心设备；如果NVMe SSD为cache设备， 则SATA SSD或者机械硬盘都可以是核心设备；如果以Optane SSD为cache 设备， 则NAND的NVMe SSD、SATA SSD、机械硬盘都可以是核心设备。
CAS软件可以工作在如下模式：
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Write-through模式。在该模式中，iCAS在往cache设备写数据的同时也向core设备同步写。该模式保障cache里的数据和core里的数据100%同步的，对读密集型操作更有效。Core里的数据对共用的其他服务器都有效。
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Write-back模式。iCAS先往cache里写数据。一旦写入cache 成功， 便对应用返回确认写成功。这个确认发生在数据被写入core设备之前。 然后，周期性地，cache里的数据会在既定的机会里写入core设备。该模式对读密集型操作和写密集型操作都同时提升。
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Write-around模式。只有当cache里已经有了数据块（block），iCAS才会将数据同时写入cache和core设备。和write-through类似，cache里的数据100%同步于core设备。然而， write-around进一步优化了cache, 避免“cache污染”。比如，应用要写入的数据在后续确定不会被经常重读，数据便不用写入cache而是仅仅直接写入core设备。这个模式对读密集型操作更有效。
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Pass-through模式。这个模式下，iCAS略过cache设备。当用户在真正启用缓存设备前，可以利用这个模式把所有准备被缓存的core device关联起来。一旦这些core设备被关联好以后， 用户可以动态地切换到他们所要的cache模式。
Intel缓存加速软件提供的两种加速模式：Write-through和Write-back，均可对本地存储、SAN存储和直连存储进行缓存加速
从上图可以看出，iCAS对数据读写操作都有加速作用：读缓存（Read Cache）和写缓冲（Write Buffer）。顾名思义，Write-through和Write-back两种模式的区别体现在写入操作上，读缓存方面工作原理没有区别：在接收到应用的读请求后，先在SSD缓存中查找，如果缓存命中，即读取iCAS中的缓存数据；如果缓存未命中，则从后端读取数据返回给应用，并将数据缓存到SSD中。
在写缓冲中区别就体现出来了：如果使用Write-through模式，iCAS会将应用数据同时写入到SSD缓存和后端数据存储之后，再返回写操作成功。这种模式实际并不能加速写操作，因为其写延迟取决于最慢的返回操作（即后端存储）；Write-back模式则能够加速写操作，如同前者一样，数据会同时写入到SSD缓存和HDD磁盘存储中，但SSD缓存写完即返回操作成功，磁盘存储将在后台继续写入，直到完毕。
iCAS直接安装在应用服务器上，针对存储卷（Volume）进行加速，所以可以在多种应用场景下使用，比如以数据库为代表的块存储场景，文件存储场景，以及虚拟化环境。iCAS在虚拟化场景下的使用方式跟物理机上的使用方式没有不同，其并非安装在Hypervisor层，而是应用虚拟机之上，所以能够针对应用数据进行加速。
目前iCAS支持Windows平台和Linux平台，包括主流使用的Red Hat Enterprise Linux（RHEL）、CentOS、SUSE Linux Enterprise Server（SLES）以及Ubuntu Server等等，可以应用在绝大多数的企业环境之中。同时其安装也很简单，稍有Linux基础的用户通过一两个命令行即可安装使用。
企事录实验室验证测试
在iCAS缓存加速软件的验证测试中，企事录实验室使用与之前评估Intel DC P4500/4600SSD的同台服务器（型号为Intel R2208WFTZSX），配备双路Xeon Gold 6146处理器和256GB内存。将原来的DC P4500/4600替换为希捷（Seagate）公司的Exos 7E8系列大容量硬盘驱动器（5400 RPM，4TB容量），并加装SAS/SATA RAID卡将4片4TB磁盘组建RAID 5；分别保留一块DC P4600和DC S4500作为iCAS缓存：
企事录实验室用于评估iCAS缓存加速性能的测试方案，分别使用Intel DC P4600和Intel DC S4500作为缓存，希捷磁盘作为数据实际存储。在Oracle数据库环境下，评估其在不同用户数并发下的性能表现
在Oracle数据库服务器上安装Intel iCAS软件，将DC P4600和DC S4500分别划出300GB大小分区，用作缓存，启用Write-Back模式，以加速写性能。构建测试数据库后写入120GB数据，分别测试其在4、8、16、64等不同并发数下，Oracle数据库的性能表现。
在开启iCAS缓存加速测试功能之前，企事录实验室原本希望基于HDD存储进行测试，将测试结果作为参照组，以与开启iCAS缓存加速功能后的性能结果进行对比。但由于所采用的大容量磁盘存储在随机读写方面性能较弱，即使是4块HDD（RAID 5）并发的情况下，仍不能为Orace数据库提供满足其所需的性能，导致测试无法正常进行。虽然经过多次调试，仍无法获得结果，企事录实验室遂跳过这一阶段。将DC P4600和DC S4500作为缓存，考量其在Oracle数据库下的应用加速表现：
在DC P4600作为缓存的情况下，Oracle数据库在64用户数并发下获得3.5万TPS性能；而使用DC S4500作为缓存则获得了2.8万TPS性能。在4/8/16/64逐步增加用户数的情况下，Oracle数据库性能随之增长，提升幅度可达20%
需要注意的是，这一测试方案经过优化，iCAS在Write-back下对所有的读写数据都有完全的加速作用，并且测试方案的构建基于中小型应用在数据量不大的情况下，热点数据全部缓存SSD中，所以取得了最理想的加速效果。
同时，Oracle数据库作为了一个完整应用，考量的是整个硬件平台/组件的综合性能，不能也无法排除内存对于Oracle数据库的加速影响。为了尽可能发挥Intel新一代硬件平台中六通道内存的性能，测试用数据库SGA人为设置为64GB大小，其对数据库性能有着不小的性能增益。
并且，结合企事录实验室以往的测试结果发现，高主频的Xeon Gold 6146处理器（3.2GHz，可睿频到4.2GHz）在高性能的NVMe SSD环境下，其
对数据库等强计算性能应用利好
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企事录实验室建议
在实验室条件下验证了Intel公司的iCAS缓存加速软件确实能够大幅提升应用服务器的性能，能够接近或者达到全闪存的性能，但这都是严格控制实验条件的情况下获得的。如果要将iCAS缓存加速软件用于实际应用环境，并获得较好的加速效果，那么用户需要注意：
首先
，用于iCAS的SSD应该是耐写型的，即写入性能较高、写入寿命较长。因为作为读缓存和写缓冲的设备，不仅要承受所有的写入数据量，缓存的热点数据（加速读取）也要根据时间的推移更新——这也意味着数据的写入。如果写入性能较差，则写缓冲对写入操作的加速不明显；如果写入寿命不够，则可能会提前耗尽（损坏）。好在，写入性能好的SSD，写入寿命通常也会比较长。
