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，敬請諒解。
文檔內(nèi)容3部分：
1、基本的RAID級別介紹
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個盤為例，RAID10就是先將盤分成3組鏡象，然后再對這3個RAID1做條帶。RAID01則是先利用3塊盤做RAID0，然后將另外3塊盤做為RAID0的鏡象。
下面以4塊盤為例來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，在剩下的3塊盤中，只有當(dāng)DISK1一個盤發(fā)生故障時，才會導(dǎo)致整個RAID失效，我們可簡單計算故障率為1/3。
2、RAID01的情況
這種情況下，我們?nèi)匀患僭O(shè)DISK0損壞，這時左邊的條帶將無法讀取。在剩下的3塊盤中，只要DISK2，DISK3兩個盤中任何一個損壞，都會導(dǎo)致整個RAID失效，我們可簡單計算故障率為2/3。
因此RAID10比RAID01在安全性方面要強。
從數(shù)據(jù)存儲的邏輯位置來看，在正常的情況下RAID01和RAID10是完全一樣的，而且每一個讀寫操作所產(chǎn)生的IO數(shù)量也是一樣的，所以在讀寫性能上兩者沒什么區(qū)別。而當(dāng)有磁盤出現(xiàn)故障時，比如前面假設(shè)的DISK0損壞時，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 上傳了這個圖片:
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RAID10和RAID5的比較
為了方便對比，這里拿同樣多驅(qū)動器的磁盤來做對比，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。我們也可以從簡單的分析來得出。當(dāng)盤1損壞時，對于RAID10，只有當(dāng)盤1對應(yīng)的鏡象盤損壞，才導(dǎo)致RAID失效。但是對于RAID5，剩下的3塊盤中，任何一塊盤故障，都將導(dǎo)致RAID失效。
在恢復(fù)的時候，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%。硬盤數(shù)量越多，RAID5的空間利用率越高。
3、讀寫性能方面的比較
主要分析分析如下三個過程：讀，連續(xù)寫，離散寫。
在介紹這三個過程之前，先介紹一個特別重要的概念：cache。
cache已經(jīng)是整個存儲的核心所在，就是中低端存儲，也有很大的cache存在，包括最簡單的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)在讀與寫兩個不同的方面，如果作為寫，一般存儲陣列只要求寫到cache就算完成了寫操作，所以，陣列的寫是非常快速的，在寫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，可以實現(xiàn)批量的寫入，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，因為如果讀能在cache中命中的話，將減少磁盤的尋道，因為磁盤從尋道開始到找到數(shù)據(jù)，一般都在6ms以上，而這個時間，對于那些密集型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)時間則可以在1ms以內(nèi)。兩者應(yīng)該相差3個數(shù)量級（1000倍）。
1）讀操作方面的性能差異
RAID10可供讀取有效數(shù)據(jù)的磁盤個數(shù)為4，RAID5可供讀取有效數(shù)據(jù)的磁盤個數(shù)也為4個（校驗信息分布在所有的盤上），所以兩者的讀的性能應(yīng)該是基本一致的。
2）連續(xù)寫方面的性能差異
在連續(xù)寫操作過程，如果有寫cache存在，并且算法沒有問題的話，RAID5比RAID10甚至?xí)靡恍m然也許并沒有太大的差別。（這里要假定存儲有一定大小足夠的寫cache，而且計算校驗的cpu不會出現(xiàn)瓶頸）。
因為這個時候的RAID校驗是在cache中完成，如4塊盤的RAID5，可以先在內(nèi)存中計算好校驗，同時寫入3個數(shù)據(jù)+1個校驗。而RAID10只能同時寫入2個數(shù)據(jù)+2個鏡相。
如上圖所示，4塊盤的RAID5可以在同時間寫入1、2、3到cache，并且在cache計算好校驗之后，這里假定是6，同時把三個數(shù)據(jù)寫到磁盤。而4塊盤的RAID10不管cache是否存在，寫的時候，都是同時寫2個數(shù)據(jù)與2個鏡相。
根據(jù)前面對緩存原理的介紹，寫cache是可以緩存寫操作的，等到緩存寫數(shù)據(jù)積累到一定時期再寫到磁盤。但是，寫到磁盤陣列的過程是遲早也要發(fā)生的，所以RAID5與RAID10在連續(xù)寫的情況下，從緩存到磁盤的寫操作速度會有較小的區(qū)別。不過，如果不是連續(xù)性的強連續(xù)寫，只要不達(dá)到磁盤的寫極限，差別并不是太大。
3）離散寫方面的性能差異
例如oracle 數(shù)據(jù)庫每次寫一個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)，如8K；由于每次寫入的量不是很大，而且寫入的次數(shù)非常頻繁，因此聯(lián)機日志看起來會像是連續(xù)寫。但是因為不保證能夠添滿RAID5的一個條帶，比如32K（保證每張盤都能寫入），所以很多時候更加偏向于離散寫入（寫入到已存在數(shù)據(jù)的條帶中）。
我們從上圖看一下離散寫的時候，RAID5與RAID10工作方式有什么不同。如上圖：我們假定要把一個數(shù)字2變成數(shù)字4，那么對于RAID5，實際發(fā)生了4次io：先讀出2與校驗6，可能發(fā)生讀命中然后在cache中計算新的校驗寫入新的數(shù)字4與新的校驗8。
如上圖我們可以看到：對于RAID10，同樣的單個操作，最終RAID10只需要2個io，而RAID5需要4個io.
這里我忽略了RAID5在那兩個讀操作的時候，可能會發(fā)生讀命中操作的情況。也就是說，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io的。這也證明了cache對RAID5 的重要性，不僅僅是計算校驗需要，而且對性能的提升尤為重要。
當(dāng)然，并不是說cache對RAID10就不重要了，因為寫緩沖，讀命中等，都是提高速度的關(guān)鍵所在，只不過RAID10對cache的依賴性沒有RAID5那么明顯而已。
4）磁盤的IOPS對比
假定一個case，業(yè)務(wù)的iops是10000，讀cache命中率是30%，讀iops為60%，寫iops為40%，磁盤個數(shù)為120，那么分別計算在raid5與raid10的情況下，每個磁盤的iops為多少。
raid5:
單塊盤的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，實際只有4200個iops。
4 * (10000*0.4) 表示寫的iops，因為每一個寫，在raid5中，實際發(fā)生了4個io，所以寫的iops為16000個
為了考慮raid5在寫操作的時候，那2個讀操作也可能發(fā)生命中，所以更精確的計算為：
單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4)*(1-0.3) + 2 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 5600 + 8000)/120
= 148
計算出來單個盤的iops為148個，基本達(dá)到磁盤極限
raid10
單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4))/120
= (4200 + 8000)/120
= 102
可以看到，因為raid10對于一個寫操作，只發(fā)生2次io，所以，同樣的壓力，同樣的磁盤，每個盤的iops只有102個，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于磁盤的極限iops。
4、小結(jié)
所以要求較高的空間利用率，對安全性要求不是特別高、大文件存儲的系統(tǒng)采用RAID5比較好。
相反，安全性要求很高，不計成本，小數(shù)據(jù)量頻繁寫入的系統(tǒng)采用RAID10的方式比較好。