RAID10 VS RAID 5 详解

一直以来，看到关于raid5与raid10的性能之争还是非常多的，甚至很多人那拿出了测试数据，但是，到底谁是谁非。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：

1、安全性方面的比较

其实在安全性方面，勿须质疑，肯定是RAID10的安全性高于RAID5。我们也可以从简单的分析来得出。当盘1损坏时，对于RAID10，只有当盘1对应的镜象盘损坏，才导致RAID失效。但是对于RAID5，剩下的3块盘中，任何一块盘故障，都将导致RAID失效。

在恢复的时候，RAID10恢复的速度也快于RAID5。

2、空间利用率的比较

RAID10的利用率是50%，RAID5的利用率是75%。硬盘数量越多，RAID5的空间利用率越高。

3、读写性能方面的比较

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。 

3.1、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。

3.2、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。

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。 

3.3、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。

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。

3.4、磁盘的IOPS对比

        我们假定一个case，业务应用的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: 
    1. 单块盘的IOPS = (10000*(1-0.3)*0.6 + 4 * (10000*0.4))/120 
    2.              = (4200 + 16000)/120 
    3.              = 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个读IOPS。

    而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，所以更精确的计算应该为： 
    1. 单块盘的IOPS = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4)*(1-0.3) + 2 * (10000*0.4))/120 
    2.              = (4200 + 5600 + 8000)/120 
    3.              = 148

    这样我们计算出来单个盘的IOPS为148个，基本达到磁盘IOPS极限，在这种情况下，磁盘的工作状态是非常不理想的。

RAID10对IOPS性能的影响 
    1. 单块盘的IOPS = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4))/120 
    2.              = (4200 + 8000)/120 
    3.              = 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。

    这里回到我们先前讨论的case上来，在我们先前采用RAID5的时候，通过分析，每个磁盘的IOPS在高峰时期，快达到200了，导致响应速度巨慢无比。改造成RAID10，每个磁盘的IOPS降到100左右，很好的避免了这个性能问题。

3.5、小结

    影响读数据的关键因素是cache命中率，在读数据的情况下，RAID5与RAID10性能本身没有太大差别。但是对于写数据的一些应用，尤其是小I/O频繁写入的一些应用，安全性要求很高，不计成本，小数据量频繁写入的系统。如企业ERP生产系统等等，RAID10相比RAID5可能产生较大的性能差异。而大型文件存储，数据仓库，如医疗PACS系统、视频编辑系统则从空间利用的角度，建议采用RAID5。

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