[轉]RAID基礎，RAID10與RAID01比較，RAID10與RAID5比較

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文檔內容3部分：
一、基本的RAID級別介紹
二、RAID10和RAID01的比較
三、RAID10和RAID5的比較

RAID10和RAID01的比較
 RAID10是先作鏡象，而後再作條帶。
 RAID01則是先作條帶，而後再作鏡象。
好比以6個盤爲例，RAID10就是先將盤分紅3組鏡象，而後再對這3個RAID1作條帶。RAID01則是先利用3塊盤作RAID0，而後將另外3塊盤作爲RAID0的鏡象。
下面以4塊盤爲例來介紹安全性方面的差異：
一、RAID10的狀況

這種狀況中，咱們假設當DISK0損壞時，在剩下的3塊盤中，只有當DISK1一個盤發生故障時，纔會致使整個RAID失效，咱們可簡單計算故障率爲1/3。
二、RAID01的狀況

這種狀況下，咱們仍然假設DISK0損壞，這時左邊的條帶將沒法讀取。在剩下的3塊盤中，只要DISK2，DISK3兩個盤中任何一個損壞，都會致使整個RAID失效，咱們可簡單計算故障率爲2/3。
所以RAID10比RAID01在安全性方面要強。

從數據存儲的邏輯位置來看，在正常的狀況下RAID01和RAID10是徹底同樣的，並且每個讀寫操做所產生的IO數量也是同樣的，因此在讀寫性能上二者沒什麼區別。而當有磁盤出現故障時，好比前面假設的DISK0損壞時，咱們也能夠發現，這兩種狀況下，在讀的性能上面也將不一樣，RAID10的讀性能將優於RAID01。

RAID10和RAID5的比較

爲了方便對比，這裏拿一樣多驅動器的磁盤來作對比，RAID5選擇3D+1P的RAID方案，RAID10選擇2D+2D的RAID方案，如圖：

一、安全性方面的比較

其實在安全性方面，勿須質疑，確定是RAID10的安全性高於RAID5。咱們也能夠從簡單的分析來得出。當盤1損壞時，對於RAID10，只有當盤1對應的鏡象盤損壞，才致使RAID失效。可是對於RAID5，剩下的3塊盤中，任何一塊盤故障，都將致使RAID失效。

在恢復的時候，RAID10恢復的速度也快於RAID5。

二、空間利用率的比較

RAID10的利用率是50%，RAID5的利用率是75%。硬盤數量越多，RAID5的空間利用率越高。

三、讀寫性能方面的比較

主要分析分析以下三個過程：讀，連續寫，離散寫。

在介紹這三個過程以前，先介紹一個特別重要的概念：cache。

cache已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，通常都包含有幾十，甚至幾百兆的raid cache。

cache的主要做用是什麼呢？體如今讀與寫兩個不一樣的方面，若是做爲寫，通常存儲陣列只要求寫到cache就算完成了寫操做，因此，陣列的寫是很是快速的，在寫cache的數據積累到必定程度，陣列才把數據刷到磁盤，能夠實現批量的寫入，至於cache數據的保護，通常都依賴於鏡相與電池（或者是UPS）。

cache的讀同樣不可忽視，由於若是讀能在cache中命中的話，將減小磁盤的尋道，由於磁盤從尋道開始到找到數據，通常都在6ms以上，而這個時間，對於那些密集型io的應用可能不是太理想。可是，若是cache能命中，通常響應時間則能夠在1ms之內。二者應該相差3個數量級（1000倍）。

1）讀操做方面的性能差別

RAID10可供讀取有效數據的磁盤個數爲4，RAID5可供讀取有效數據的磁盤個數也爲4個（校驗信息分佈在全部的盤上），因此二者的讀的性能應該是基本一致的。

2）連續寫方面的性能差別

在連續寫操做過程，若是有寫cache存在，而且算法沒有問題的話，RAID5比RAID10甚至會更好一些，雖然也許並無太大的差異。（這裏要假定存儲有必定大小足夠的寫cache，並且計算校驗的cpu不會出現瓶頸）。

由於這個時候的RAID校驗是在cache中完成，如4塊盤的RAID5，能夠先在內存中計算好校驗，同時寫入3個數據+1個校驗。而RAID10只能同時寫入2個數據+2個鏡相。

如上圖所示，4塊盤的RAID5能夠在同時間寫入一、二、3到cache，而且在cache計算好校驗以後，這裏假定是6，同時把三個數據寫到磁盤。而4塊盤的RAID10無論cache是否存在，寫的時候，都是同時寫2個數據與2個鏡相。

根據前面對緩存原理的介紹，寫cache是能夠緩存寫操做的，等到緩存寫數據積累到必定時期再寫到磁盤。可是，寫到磁盤陣列的過程是早晚也要發生的，因此RAID5與RAID10在連續寫的狀況下，從緩存到磁盤的寫操做速度會有較小的區別。不過，若是不是連續性的強連續寫，只要不達到磁盤的寫極限，差異並非太大。

3）離散寫方面的性能差別

例如oracle 數據庫每次寫一個數據塊的數據，如8K；因爲每次寫入的量不是很大，並且寫入的次數很是頻繁，所以聯機日誌看起來會像是連續寫。可是由於不保證可以添滿RAID5的一個條帶，好比32K（保證每張盤都能寫入），因此不少時候更加偏向於離散寫入（寫入到已存在數據的條帶中）。

咱們從上圖看一下離散寫的時候，RAID5與RAID10工做方式有什麼不一樣。如上圖：咱們假定要把一個數字2變成數字4，那麼對於RAID5，實際發生了4次io：先讀出2與校驗6，可能發生讀命中而後在cache中計算新的校驗寫入新的數字4與新的校驗8。

如上圖咱們能夠看到：對於RAID10，一樣的單個操做，最終RAID10只須要2個io，而RAID5須要4個io.

這裏我忽略了RAID5在那兩個讀操做的時候，可能會發生讀命中操做的狀況。也就是說，若是須要讀取的數據已經在cache中，多是不須要4個io的。這也證實了cache對RAID5 的重要性，不只僅是計算校驗須要，並且對性能的提高尤其重要。

固然，並非說cache對RAID10就不重要了，由於寫緩衝，讀命中等，都是提升速度的關鍵所在，只不過RAID10對cache的依賴性沒有RAID5那麼明顯而已。

4）磁盤的IOPS對比

假定一個case，業務的iops是10000，讀cache命中率是30%，讀iops爲60%，寫iops爲40%，磁盤個數爲120，那麼分別計算在raid5與raid10的狀況下，每一個磁盤的iops爲多少。

raid5:

單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 4 * (10000*0.4))/120

= (4200 + 16000)/120

= 168

這裏的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，由於每個寫，在raid5中，實際發生了4個io，因此寫的iops爲16000個

爲了考慮raid5在寫操做的時候，那2個讀操做也可能發生命中，因此更精確的計算爲：

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爲148個，基本達到磁盤極限

raid10

單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4))/120

= (4200 + 8000)/120

= 102

能夠看到，由於raid10對於一個寫操做，只發生2次io，因此，一樣的壓力，一樣的磁盤，每一個盤的iops只有102個，還遠遠低於磁盤的極限iops。

四、小結

因此要求較高的空間利用率，對安全性要求不是特別高、大文件存儲的系統採用RAID5比較好。

相反，安全性要求很高，不計成本，小數據量頻繁寫入的系統採用RAID10的方式比較好。