RAID基礎(chǔ)，RAID10與RAID01比較，RAID10與RAID5比較
文檔中，RAID10與RAID5抄襲了piner的文章，敬請(qǐng)諒解。
文檔內(nèi)容3部分：
1、基本的RAID級(jí)別介紹
2、RAID10和RAID01的比較
3、RAID10和RAID5的比較
RAID10和RAID01的比較
? RAID10是先做鏡象，然后再做條帶。
? RAID01則是先做條帶，然后再做鏡象。
比如以6個(gè)盤(pán)為例，RAID10就是先將盤(pán)分成3組鏡象，然后再對(duì)這3個(gè)RAID1做條帶。RAID01則是先利用3塊盤(pán)做RAID0，然后將另外3塊盤(pán)做為RAID0的鏡象。
下面以4塊盤(pán)為例來(lái)介紹安全性方面的差別：
1、RAID10的情況
這種情況中，我們假設(shè)當(dāng)DISK0損壞時(shí)，在剩下的3塊盤(pán)中，只有當(dāng)DISK1一個(gè)盤(pán)發(fā)生故障時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致整個(gè)RAID失效，我們可簡(jiǎn)單計(jì)算故障率為1/3。
2、RAID01的情況
這種情況下，我們?nèi)匀患僭O(shè)DISK0損壞，這時(shí)左邊的條帶將無(wú)法讀取。在剩下的3塊盤(pán)中，只要DISK2，DISK3兩個(gè)盤(pán)中任何一個(gè)損壞，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)RAID失效，我們可簡(jiǎn)單計(jì)算故障率為2/3。
因此RAID10比RAID01在安全性方面要強(qiáng)。
從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的邏輯位置來(lái)看，在正常的情況下RAID01和RAID10是完全一樣的，而且每一個(gè)讀寫(xiě)操作所產(chǎn)生的IO數(shù)量也是一樣的，所以在讀寫(xiě)性能上兩者沒(méi)什么區(qū)別。而當(dāng)有磁盤(pán)出現(xiàn)故障時(shí)，比如前面假設(shè)的DISK0損壞時(shí)，我們也可以發(fā)現(xiàn)，這兩種情況下，在讀的性能上面也將不同，RAID10的讀性能將優(yōu)于RAID01。
BTxigua 上傳了這個(gè)圖片:
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RAID10和RAID5的比較
為了方便對(duì)比，這里拿同樣多驅(qū)動(dòng)器的磁盤(pán)來(lái)做對(duì)比，RAID5選擇3D+1P的RAID方案，RAID10選擇2D+2D的RAID方案，如圖：
1、安全性方面的比較
其實(shí)在安全性方面，勿須質(zhì)疑，肯定是RAID10的安全性高于RAID5。我們也可以從簡(jiǎn)單的分析來(lái)得出。當(dāng)盤(pán)1損壞時(shí)，對(duì)于RAID10，只有當(dāng)盤(pán)1對(duì)應(yīng)的鏡象盤(pán)損壞，才導(dǎo)致RAID失效。但是對(duì)于RAID5，剩下的3塊盤(pán)中，任何一塊盤(pán)故障，都將導(dǎo)致RAID失效。
在恢復(fù)的時(shí)候，RAID10恢復(fù)的速度也快于RAID5。
2、空間利用率的比較
RAID10的利用率是50%，RAID5的利用率是75%。硬盤(pán)數(shù)量越多，RAID5的空間利用率越高。
3、讀寫(xiě)性能方面的比較
主要分析分析如下三個(gè)過(guò)程：讀，連續(xù)寫(xiě)，離散寫(xiě)。
在介紹這三個(gè)過(guò)程之前，先介紹一個(gè)特別重要的概念：cache。
cache已經(jīng)是整個(gè)存儲(chǔ)的核心所在，就是中低端存儲(chǔ)，也有很大的cache存在，包括最簡(jiǎn)單的raid卡，一般都包含有幾十，甚至幾百兆的raid cache。
cache的主要作用是什么呢？體現(xiàn)在讀與寫(xiě)兩個(gè)不同的方面，如果作為寫(xiě)，一般存儲(chǔ)陣列只要求寫(xiě)到cache就算完成了寫(xiě)操作，所以，陣列的寫(xiě)是非常快速的，在寫(xiě)cache的數(shù)據(jù)積累到一定程度，陣列才把數(shù)據(jù)刷到磁盤(pán)，可以實(shí)現(xiàn)批量的寫(xiě)入，至于cache數(shù)據(jù)的保護(hù)，一般都依賴于鏡相與電池（或者是UPS）。
cache的讀一樣不可忽視，因?yàn)槿绻x能在cache中命中的話，將減少磁盤(pán)的尋道，因?yàn)榇疟P(pán)從尋道開(kāi)始到找到數(shù)據(jù)，一般都在6ms以上，而這個(gè)時(shí)間，對(duì)于那些密集型io的應(yīng)用可能不是太理想。但是，如果cache能命中，一般響應(yīng)時(shí)間則可以在1ms以內(nèi)。兩者應(yīng)該相差3個(gè)數(shù)量級(jí)（1000倍）。
1）讀操作方面的性能差異
RAID10可供讀取有效數(shù)據(jù)的磁盤(pán)個(gè)數(shù)為4，RAID5可供讀取有效數(shù)據(jù)的磁盤(pán)個(gè)數(shù)也為4個(gè)（校驗(yàn)信息分布在所有的盤(pán)上），所以兩者的讀的性能應(yīng)該是基本一致的。
2）連續(xù)寫(xiě)方面的性能差異
在連續(xù)寫(xiě)操作過(guò)程，如果有寫(xiě)cache存在，并且算法沒(méi)有問(wèn)題的話，RAID5比RAID10甚至?xí)靡恍m然也許并沒(méi)有太大的差別。（這里要假定存儲(chǔ)有一定大小足夠的寫(xiě)cache，而且計(jì)算校驗(yàn)的cpu不會(huì)出現(xiàn)瓶頸）。
因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候的RAID校驗(yàn)是在cache中完成，如4塊盤(pán)的RAID5，可以先在內(nèi)存中計(jì)算好校驗(yàn)，同時(shí)寫(xiě)入3個(gè)數(shù)據(jù)+1個(gè)校驗(yàn)。而RAID10只能同時(shí)寫(xiě)入2個(gè)數(shù)據(jù)+2個(gè)鏡相。
如上圖所示，4塊盤(pán)的RAID5可以在同時(shí)間寫(xiě)入1、2、3到cache，并且在cache計(jì)算好校驗(yàn)之后，這里假定是6，同時(shí)把三個(gè)數(shù)據(jù)寫(xiě)到磁盤(pán)。而4塊盤(pán)的RAID10不管cache是否存在，寫(xiě)的時(shí)候，都是同時(shí)寫(xiě)2個(gè)數(shù)據(jù)與2個(gè)鏡相。
根據(jù)前面對(duì)緩存原理的介紹，寫(xiě)cache是可以緩存寫(xiě)操作的，等到緩存寫(xiě)數(shù)據(jù)積累到一定時(shí)期再寫(xiě)到磁盤(pán)。但是，寫(xiě)到磁盤(pán)陣列的過(guò)程是遲早也要發(fā)生的，所以RAID5與RAID10在連續(xù)寫(xiě)的情況下，從緩存到磁盤(pán)的寫(xiě)操作速度會(huì)有較小的區(qū)別。不過(guò)，如果不是連續(xù)性的強(qiáng)連續(xù)寫(xiě)，只要不達(dá)到磁盤(pán)的寫(xiě)極限，差別并不是太大。
3）離散寫(xiě)方面的性能差異
例如oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)每次寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)，如8K；由于每次寫(xiě)入的量不是很大，而且寫(xiě)入的次數(shù)非常頻繁，因此聯(lián)機(jī)日志看起來(lái)會(huì)像是連續(xù)寫(xiě)。但是因?yàn)椴槐ＷC能夠添滿RAID5的一個(gè)條帶，比如32K（保證每張盤(pán)都能寫(xiě)入），所以很多時(shí)候更加偏向于離散寫(xiě)入（寫(xiě)入到已存在數(shù)據(jù)的條帶中）。
我們從上圖看一下離散寫(xiě)的時(shí)候，RAID5與RAID10工作方式有什么不同。如上圖：我們假定要把一個(gè)數(shù)字2變成數(shù)字4，那么對(duì)于RAID5，實(shí)際發(fā)生了4次io：先讀出2與校驗(yàn)6，可能發(fā)生讀命中然后在cache中計(jì)算新的校驗(yàn)寫(xiě)入新的數(shù)字4與新的校驗(yàn)8。
如上圖我們可以看到：對(duì)于RAID10，同樣的單個(gè)操作，最終RAID10只需要2個(gè)io，而RAID5需要4個(gè)io.
這里我忽略了RAID5在那兩個(gè)讀操作的時(shí)候，可能會(huì)發(fā)生讀命中操作的情況。也就是說(shuō)，如果需要讀取的數(shù)據(jù)已經(jīng)在cache中，可能是不需要4個(gè)io的。這也證明了cache對(duì)RAID5 的重要性，不僅僅是計(jì)算校驗(yàn)需要，而且對(duì)性能的提升尤為重要。
當(dāng)然，并不是說(shuō)cache對(duì)RAID10就不重要了，因?yàn)閷?xiě)緩沖，讀命中等，都是提高速度的關(guān)鍵所在，只不過(guò)RAID10對(duì)cache的依賴性沒(méi)有RAID5那么明顯而已。
4）磁盤(pán)的IOPS對(duì)比
假定一個(gè)case，業(yè)務(wù)的iops是10000，讀cache命中率是30%，讀iops為60%，寫(xiě)iops為40%，磁盤(pán)個(gè)數(shù)為120，那么分別計(jì)算在raid5與raid10的情況下，每個(gè)磁盤(pán)的iops為多少。
raid5:
單塊盤(pán)的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 4 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 16000)/120
= 168
這里的10000*(1-0.3)*0.6表示是讀的iops，比例是0.6，除掉cache命中，實(shí)際只有4200個(gè)iops。
4 * (10000*0.4) 表示寫(xiě)的iops，因?yàn)槊恳粋€(gè)寫(xiě)，在raid5中，實(shí)際發(fā)生了4個(gè)io，所以寫(xiě)的iops為16000個(gè)
為了考慮raid5在寫(xiě)操作的時(shí)候，那2個(gè)讀操作也可能發(fā)生命中，所以更精確的計(jì)算為：
單塊盤(pán)的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4)*(1-0.3) + 2 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 5600 + 8000)/120
= 148
計(jì)算出來(lái)單個(gè)盤(pán)的iops為148個(gè)，基本達(dá)到磁盤(pán)極限
raid10
單塊盤(pán)的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 8000)/120
= 102
可以看到，因?yàn)?/span>raid10對(duì)于一個(gè)寫(xiě)操作，只發(fā)生2次io，所以，同樣的壓力，同樣的磁盤(pán)，每個(gè)盤(pán)的iops只有102個(gè)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于磁盤(pán)的極限iops。
4、小結(jié)
所以要求較高的空間利用率，對(duì)安全性要求不是特別高、大文件存儲(chǔ)的系統(tǒng)采用RAID5比較好。
相反，安全性要求很高，不計(jì)成本，小數(shù)據(jù)量頻繁寫(xiě)入的系統(tǒng)采用RAID10的方式比較好。