RAID基础，RAID10与RAID01比较，RAID10与RAID5比较

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。

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。