Raid5 &Raid10 磁盘IOPS 计算方法
IOPS 是指单位时间内系统能处理的I/O请求数量，一般以每秒处理的I/O请求数量为单位，I/O请求通常为读或写数据操作请求。随机读写频繁的应用，如OLTP，IOPS是关键衡量指标。
数据吞吐量(Throughput)，指单位时间内可以成功传输的数据数量。对于大量顺序读写的应用，如VOD(Video On Demand)，则更关注吞吐量指标。
磁盘完成一个I/O请求所花费的时间，它由寻道时间、旋转延迟和数据传输时间三部分构成。
寻道时间Tseek是指将读写磁头移动至正确的磁道上所需要的时间。寻道时间越短，I/O操作越快，目前磁盘的平均寻道时间一般在3－15ms。
旋转延迟Trotation是指盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间。旋转延迟取决于磁盘转速，通常使用磁盘旋转一周所需时间的1/2表示。比如，7200 rpm的磁盘平均旋转延迟大约为60*1000/7200/2 = 4.17ms，而转速为15000 rpm的磁盘其平均旋转延迟约为2ms。
数据传输时间Ttransfer是指完成传输所请求的数据所需要的时间，它取决于数据传输率，其值等于数据大小除以数据传输率。目前IDE/ATA能达到133MB/s，SATA II可达到300MB/s的接口数据传输率，数据传输时间通常远小于前两部分时间。
因此，理论上可以计算出磁盘的平均最大IOPS，即IOPS = 1000 ms/ (Tseek + Troatation)，忽略数据传输时间。假设磁盘平均物理寻道时间为3ms, 磁盘转速为7200,10K,15K rpm，则磁盘IOPS理论最大值分别为，
IOPS = 1000 / (3 + 60000/7200/2) = 140
IOPS = 1000 / (3 + 60000/10000/2) = 167
IOPS = 1000 / (3 + 60000/15000/2) = 200
固态硬盘SSD是一种电子装置，避免了传统磁盘在寻道和旋转上的时间花费，存储单元寻址开销大大降低，因此IOPS可以非常高，能够达到数万甚至数十万。实际测量中，IOPS数值会受到很多因素的影响，包括I/O负载特征(读写比例，顺序和随机，工作线程数，队列深度，数据记录大小)、系统配置、操作系统、磁盘驱动等等。
因此对比测量磁盘IOPS时，必须在同样的测试基准下进行，即便如何也会产生一定的随机不确定性。通常情况下，IOPS可细分为如下几个指标：
Toatal IOPS，混合读写和顺序随机I/O负载情况下的磁盘IOPS，这个与实际I/O情况最为相符，大多数应用关注此指标。
Random Read IOPS，100%随机读负载情况下的IOPS。
Random Write IOPS，100%随机写负载情况下的IOPS。
Sequential Read IOPS，100%顺序负载读情况下的IOPS。
Sequential Write IOPS，100%顺序写负载情况下的IOPS。
IOPS的测试benchmark工具主要有Iometer, IoZone, FIO等，可以综合用于测试磁盘在不同情形下的IOPS。
RAID-5 Write Penalty的例子:
存储方案规划的过程中，最基本的考虑因素有两个，性能和容量。性能上的计算看可以分为IOPS和带宽需求。计算IOPS，抛开存储阵列的缓存和前端口不谈。计算后端物理磁盘的IOPS不能简单的把物理磁盘的最大IOPS相加而获得。原因是，对于不同的RAID级别，为了保证当有物理磁盘损坏的情况下可以恢复数据，数据写入的过程中都需要有一些特别的计算。比如对于RAID-5，条带上的任意磁盘上的数据改变，都会重新计算校验位。如下图所示，一个7+1的RAID-5的条带中，七个磁盘存储数据，最后一个磁盘存储校验位。
对于一个数据的写入，我们假设在第五个磁盘上写入的数据为1111，如下图所示。那么整个RAID-5需要完成写入的过程分为以下几步：
- 读取原数据0110，然后与新的数据1111做XOR操作： 0110 XOR 1111 = 1001
- 读取原有的校验位0010
- 用第一步算出的数值与原校验位再做一次XOR操作： 0010 XOR 1001 = 1011
- 然后将1111新数据写入到数据磁盘，将第三步计算出来的新的校验位写入校验盘。
由上述几个步骤可见，对于任何一次写入，在存储端，需要分别进行两次读+两次写，所以说RAID-5的Write Penalty的值是4。
不同RAID级别的Write Penalty：
下表列出了各种RAID级别的Write Penalty值：
| RAID |
Write Penalty |
| 0 |
1 |
| 1 |
2 |
| 5 |
4 |
| 6 |
6 |
| 10 |
2 |
RAID-0：直接的条带，数据每次写入对应物理磁盘上的一次写入
RAID-1和10：RAID-1 和RAID-10的写惩罚很简单理解，因为数据的镜像存在的，所以一次写入会有两次。
RAID-5：RAID-5由于要计算校验位的机制存在，需要读数据、读校验位、写数据、写校验位四个步骤，所以RAID-5的写惩罚值是4。
RAID-6：RAID-6由于有两个校验位的存在，与RAID-5相比，需要读取两次校验位和写入两次校验位，所以RAID-6的写惩罚值是6。
计算IOPS:
根据上文的描述，在实际存储方案设计的过程中，计算实际可用IOPS的过程中必须纳入RAID的写惩罚计算。计算的公式如下：
物理磁盘总的IOPS = 物理磁盘的IOPS × 磁盘数目
可用的IOPS = （物理磁盘总的IOPS × 写百分比 ÷ RAID写惩罚） + （物理磁盘总的IOPS × 读百分比）
假设组成RAID-5的物理磁盘总共可以提供500 IOPS，使用该存储的应用程序读写比例是50%/50%，那么对于前端主机而言，实际可用的IOPS是：
（500 ×50% ÷ 4）+ ( 500 * 50%) = 312.5 IOPS
磁盘 RAID10 / RAID5 配置下的IOPS对比
磁盘的IOPS对比
假定一个case，业务的iops是10000，读cache命中率是30%，读iops为60%，写iops为40%，磁盘个数为120，那么分别计算在raid5与raid10的情况下，每个磁盘的iops为多少。
raid5:
单块盘的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 4 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 16000)/120
= 168
这里的10000*(1-0.3)*0.6表示是读的iops，比例是0.6，除掉cache命中，实际只有4200个iops。
4 * (10000*0.4) 表示写的iops，因为每一个写，在raid5中，实际发生了4个io，所以写的iops为16000个
为了考虑raid5在写操作的时候，那2个读操作也可能发生命中，所以更精确的计算为：
单块盘的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4)*(1-0.3) + 2 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 5600 + 8000)/120
= 148
计算出来单个盘的iops为148个，基本达到磁盘极限
raid10
单块盘的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 8000)/120
= 102
可以看到，因为raid10对于一个写操作，只发生2次io，所以，同样的压力，同样的磁盘，每个盘的iops只有102个，还远远低于磁盘的极限iops。
RAID5与RAID10详细对比
为了方便对比，我这里拿同样多驱动器的磁盘来做对比，RAID5选择3D+1P的RAID方案，RAID10选择2D+2D的RAID方案。
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RAID5与RAID10都是当前主流的磁盘阵列方案那么他们有什么不同呢？这里，我就这两种RAID的内部运行原理来分析一下，我们在什么情况下应当适合选哪一种RAID方式。
为了方便对比，我这里拿同样多驱动器的磁盘来做对比，RAID5选择3D+1P的RAID方案，RAID10选择2D+2D的RAID方案，分别如图：
RAID5选择3D+1P的RAID方案，RAID10选择2D+2D的RAID方案
那么，我们分析如下三个过程：读，连续写，随机写，但是，在介绍这三个过程之前，我需要介绍一个特别重要的概念：cache。
cache技术最近几年，在磁盘存储技术上，发展的非常迅速，作为高端存储，cache已经是整个存储的核心所在，就是中低端存储，也有很大的cache存在，包括最简单的RAID卡，一般都包含有几十，甚至几百兆的RAID cache。
cache的主要作用是什么呢?体现在读与写两个不同的方面，如果作为写，一般存储阵列只要求写到cache就算完成了写操作，所以，阵列的写是非常快速的，在写cache的数据积累到一定程度，阵列才把数据刷到磁盘，可以实现批量的写入，至于cache数据的保护，一般都依赖于镜相与电池(或者是UPS)。
cache的读一样不可忽视，因为如果读能在cache中命中的话，将减少磁盘的寻道，因为磁盘从寻道开始到找到数据，一般都在6ms以上，而这个时间，对于那些密集型io的应用可能不是太理想。但是，如果cache能命中，一般响应时间则可以在1ms以内。
不要迷信存储厂商的iops(每秒的io数)数据，他们可能全部在cache命中的基础上做到的，但是实际上，你的cache命中率可能只有10%。
介绍完cache，我们就可以解释RAID5与RAID10在不同的模式下，工作效率问题了，那么我们来分别分析以上三个问题。
1、读操作
因为RAID5与RAID10的磁盘都可以提供服务，所以，在读上面他们基本是没有差别的，除非是读的数据能影响cache命中率，导致命中率不一样。
2、连续写
连续写的过程，一般表示写入连续的大批量的数据，如媒体数据流，很大的文件等等，这个写操作过程，如果有写cache存在，并且算法没有问题的话，RAID5比RAID10甚至会更好一些(这里要假定存储有一定大小足够的写cache，而且计算校验的cpu不会出现瓶颈)。因为这个时候的校验是在cache中完成，如4块盘的RAID5，可以先在内存中计算好校验，同时写入3个数据+1个校验。而RAID10只能同时写入2个数据+2个镜相。
连续写
如，4块盘的RAID5可以在同时间写入1、2、3到cache，并且在cache计算好校验之后，我这里假定是6(实际的校验计算并不是这样的，我这里仅仅是假设)，同时把三个数据写到磁盘。而4块盘的RAID10不管cache是否存在，写的时候，都是同时写2个数据与2个镜相。
但是，我前面也说过了，写cache是可以缓存写操作的，等到一定时期再写到磁盘，但是，写操作不比读操作，这个写是迟早也要发生的，也就是说，最后落到磁盘上的写还是避免不了的，不过，如果不是连续性的强连续写，只要不达到磁盘的写极限，差别都不是太大。
3、离散写
这里可能是最难理解，但是，也是最重要的部分，数据库，如oracle 数据库大部分操作就是离散写，如每次写一个数据块的数据，如8K;联机日志虽然看起来是连续写，但是因为每次写的量不多，不保证能添满RAID5的一个条带(保证每张盘都能写入)，所以很多时候也是离散写入。
离散写
我们再接上图，假定要把一个数字2变成数字4，那么对于RAID5，实际发生了4次io，先读出2与校验6，可能发生读命中然后在cache中计算新的校验写入新的数字4与新的校验8
对于RAID10，我们可以看到，同样的单个操作，最终RAID10只需要2个io，而RAID5需要4个io。
但是，这里我忽略了RAID5在那两个读操作的时候，还可能会发生读命中操作，也就是说，如果需要读取的数据已经在cache中，可能是不需要4个io的，也证明了cache对RAID5 的重要性，不仅仅是计算校验需要，而且对性能的提升由为重要。曾经测试过，在RAID5的阵列中，如果关闭写cache，RAID5的性能将差很多倍。
这里，并不是说cache对RAID10就不重要了，因为写缓冲，读命中等，都是提高速度的关键所在，不过的是，RAID10对cache的依赖性没有RAID5那么明显而已。
到这里，大家应当也大致明白了RAID5与RAID10的原理与差别了，一般来说，象小io的数据库类型操作，建议采用RAID10，而大型文件存储，数据仓库，则从空间利用的角度，可以采用RAID5。
如果是以大量的事务性的操作，在典型的OLTP 环境里，我们考虑RAID10更好些，因为OLTP 环境，IO 性能上我们考虑的主要方面。对于典型的数据仓库环境，OLAP 环境，我们选择RAID5 ，因为从空间上来说，RAID5更合适。