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RAID基础,RAID10与RAID01比较,RAID10与RAID5比较

原创 Linux操作系统 作者:chinaguy 时间:2010-06-25 15:17:50 0 删除 编辑


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。

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