2010.1--RAID比较

RAID基础，RAID10与RAID01比较，RAID10与RAID5比较

文档中，RAID10与RAID5抄袭了piner的文章，敬请谅解。
文档内容3部分：
1、基本的RAID级别介绍
2、RAID10和RAID01的比较
3、RAID10和RAID5的比较

RAID10和RAID01的比较
 RAID10是先做镜象，然后再做条带。
 RAID01则是先做条带，然后再做镜象。
比如以6个盘为例，RAID10就是先将盘分成3组镜象，然后再对这3个RAID1做条带。RAID01则是先利用3块盘做RAID0，然后将另外3块盘做为RAID0的镜象。
下面以4块盘为例来介绍安全性方面的差别：
1、RAID10的情况

这种情况中，我们假设当DISK0损坏时，在剩下的3块盘中，只有当DISK1一个盘发生故障时，才会导致整个RAID失效，我们可简单计算故障率为1/3。
2、RAID01的情况

这种情况下，我们仍然假设DISK0损坏，这时左边的条带将无法读取。在剩下的3块盘中，只要DISK2，DISK3两个盘中任何一个损坏，都会导致整个RAID失效，我们可简单计算故障率为2/3。
因此RAID10比RAID01在安全性方面要强。

从数据存储的逻辑位置来看，在正常的情况下RAID01和RAID10是完全一样的，而且每一个读写操作所产生的IO数量也是一样的，所以在读写性能上两者没什么区别。而当有磁盘出现故障时，比如前面假设的DISK0损坏时，我们也可以发现，这两种情况下，在读的性能上面也将不同，RAID10的读性能将优于RAID01。

BTxigua 上传了这个图片:
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RAID10和RAID5的比较

为了方便对比，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，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

主要分析分析如下三个过程：读，连续写，离散写。

在介绍这三个过程之前，先介绍一个特别重要的概念： cache 。

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。两者应该相差 3 个数量级（ 1000 倍）。

1 ）读操作方面的性能差异

RAID10 可供读取有效数据的磁盘个数为 4 ， RAID5 可供读取有效数据的磁盘个数也为 4 个（校验信息分布在所有的盘上），所以两者的读的性能应该是基本一致的。

2 ）连续写方面的性能差异

在连续写操作过程，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，虽然也许并没有太大的差别。（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 RAID 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。

如上图所示， 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，这里假定是 6 ，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。

根据前面对缓存原理的介绍，写 cache 是可以缓存写操作的，等到缓存写数据积累到一定时期再写到磁盘。但是，写到磁盘阵列的过程是迟早也要发生的，所以 RAID5 与 RAID10 在连续写的情况下，从缓存到磁盘的写操作速度会有较小的区别。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，差别并不是太大。

3 ）离散写方面的性能差异

例如 oracle 数据库每次写一个数据块的数据，如 8K ；由于每次写入的量不是很大，而且写入的次数非常频繁，因此联机日志看起来会像是连续写。但是因为不保证能够添满 RAID5 的一个条带，比如 32K （保证每张盘都能写入），所以很多时候更加偏向于离散写入（写入到已存在数据的条带中）。

我们从上图看一下离散写的时候， RAID5 与 RAID10 工作方式有什么不同。如上图：我们假定要把一个数字 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 。

如上图我们可以看到：对于 RAID10 ，同样的单个操作，最终 RAID10 只需要 2 个 io ，而 RAID5 需要 4 个 io.

这里我忽略了 RAID5 在那两个读操作的时候，可能会发生读命中操作的情况。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。这也证明了 cache 对 RAID5 的重要性，不仅仅是计算校验需要，而且对性能的提升尤为重要。

当然，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，只不过 RAID10 对 cache 的依赖性没有 RAID5 那么明显而已。

4 ）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 。

4 、小结

所以要求较高的空间利用率，对安全性要求不是特别高、大文件存储的系统采用 RAID5 比较好。

相反，安全性要求很高，不计成本，小数据量频繁写入的系统采用 RAID10 的方式比较好。