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RAID-5与RAID-10内部分析

一直以来,看到关于raid5与raid10的性能之争还是非常多的,甚至很多人那拿出了测试数据,但是,到底谁是谁非。这里,我就这两种raid的内部运行原理来分析一下,我们在什么情况下应当适合选哪一种raid方式。

为了方便对比,我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,分别如图:

那么,我们分析如下三个过程:读,连续写,随机写,但是,在介绍这三个过程之前,我需要介绍一个特别重要的概念:cache

cache技术最近几年,在磁盘存储技术上,发展的非常迅速,作为高端存储,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。

不要迷信存储厂商的iops(每秒的io数)数据,他们可能全部在cache命中的基础上做到的,但是实际上,你的cache命中率可能只有10%。

介绍完cache,我们就可以解释raid5与raid10在不同的模式下,工作效率问题了,那么我们来分别分析以上三个问题。

1、读操作

因为raid5与raid10的磁盘都可以提供服务,所以,在读上面他们基本是没有差别的,除非是读的数据能影响cache命中率,导致命中率不一样。

2、连续写

连续写的过程,一般表示写入连续的大批量的数据,如媒体数据流,很大的文件等等,这个写操作过程,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(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。

3、离散写

这里可能是最难理解,但是,也是最重要的部分,数据库,如oracle 数据库大部分操作就是离散写,如每次写一个数据块的数据,如8K;联机日志虽然看起来是连续写,但是因为每次写的量不多,不保证能添满raid5的一个条 带(保证每张盘都能写入),所以很多时候也是离散写入。

我们再接上图,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

对于raid10,我们可以看到,同样的单个操作,最终raid10只需要2个io,而raid5需要4个io。

但是,这里我忽略了raid5在那两个读操作的时候,还可能会发生读命中操作,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,也证明了cache对raid5 的重要性,不仅仅是计算校验需要,而且对性能的提升由为重要。曾经测试过,在raid5的阵列中,如果关闭写cache,raid5的性能将差很多倍。

这里,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,不过的是,raid10对cache的依赖性没有raid5那么明显而已。

到这里,大家应当也大致明白了raid5与raid10的原理与差别了,一般来说,象小io的数据库类型操作,建议采用raid10,而大型文件存储,数据仓库,则从空间利用的角度,可以采用raid5。

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。

参考:http://www.iteye.com/topic/320113

参考 :http://hi.baidu.com/codyhe/blog/item/5271f919c675c574dab4bdf9.html

 

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