獨立磁盤冗餘數組（RAID, Redundant Array of Independent Disks）簡稱磁盤數組，其基本思想就是把多個相對便宜的硬盤組合起來，成爲一個磁盤數組組，使性能達到甚至超過一個價格昂貴、容量巨大的硬盤。根據選擇的版本不同，RAID比單顆硬盤有以下一個或多個方面的好處：增強數據集成度，增強容錯功能，增加處理量或容量。另外，磁盤數組組對於電腦來說， 看起來就像一個單獨的硬盤或邏輯存儲單元。分爲RAID-0，RAID-1，RAID-1E，RAID-5，RAID-6，RAID-7，RAID-10，RAID-50。
簡單來說，RAID把多個硬盤組合成爲一個邏輯扇區，因此，操作系統只會把它當作一個硬盤。RAID常被用在服務器電腦上，並且常使用完全相同的硬盤作爲組合。由於硬盤價格的不斷下降與RAID功能更加有效地與主板集成，它也成爲了玩家的一個選擇，特別是需要大容量存儲空間的工作，如：視頻與音頻製作。
象小io的數據庫類型操作，如ERP等等應用，建議採用RAID10，而大型文件存儲，數據倉庫，如醫療PACS系統、視頻編輯系統則從空間利用的角度，建議採用RAID5。下面請看詳細的性能對比：
本文上部分側重分析兩種RAID的內部運行原理，下部分將根據不同的影響磁盤性能的因素來分析，RAID方案對磁盤系統的影響
爲了方便對比，我這裏拿同樣多驅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，分別如圖：
那麼，我們分析如下三個過程：讀，連續寫，隨機寫，但是，在介紹這三個過程之前，我需要介紹另外一個磁盤陣列中的重要概念：cache。
磁盤讀寫速度的關鍵之一：Cache
cache技術最近幾年，在磁盤存儲技術上，發展的非常迅速，作爲高端存儲，cache已經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的主要作用是什麼呢？作爲緩存，cache的作用具體體現在讀與寫兩個不同的方面：作爲寫，一般存儲陣列只要求數據寫到cache就算完成了寫操作，當寫cache的數據積累到一定程度，陣列才把數據刷到磁盤，可以實現批量的寫入。所以，陣列的寫是非常快速的。至於cache數據的保護，一般都依賴於鏡相與電池（或者是UPS）。
cache在讀數據方面的作用一樣不可忽視，因爲如果所需要讀取的數據能在cache中命中的話，將大大減少磁盤尋道所需要的時間。因爲磁盤從開始尋道到找到數據，一般都在6ms以上，而這個時間，對於那些密集型I/O的應用可能不是太理想。但是，如果能在cache保存的數據中命中，一般響應時間則可以縮短在1ms以內。
不要迷信存儲廠商的IOPS（每秒的io數）數據，他們可能全部在cache命中的基礎上做到的，但是實際上，你的cache命中率可能只有10%。
介紹完cache，我們就可以解釋RAID5與RAID10在不同的模式下，工作效率問題了，那麼我們來分別分析讀操作、連續寫和離散寫三方面的問題。
讀操作方面的性能差異
如我上文的介紹，磁盤陣列讀操作的關鍵更多的體現在cache的命中率上。所以，RAID5和RAID10在讀數據上面，他們基本是沒有差別的，除非是讀的數據能影響cache命中率，導致命中率不一樣。
連續寫方面的性能差異
連續寫的過程，一般表示寫入連續的大批量的數據，如媒體數據流，很大的文件等等。連續寫操作大多數產生於醫療PACS系統、高教圖書館系統、視頻編輯系統等等應用環境下。
根據我本人的經驗，在連續寫操作過程，如果有寫cache存在，並且算法沒有問題的話，RAID5比RAID10甚至會更好一些，雖然也許並沒有太大的差別。（這裏要假定存儲有一定大小足夠的寫cache，而且計算校驗的cpu不會出現瓶頸）。
因爲這個時候的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可以在同時間寫入1、2、3到cache，並且在cache計算好校驗之後，我這裏假定是6（實際的校驗計算並不是這樣的，我這裏僅僅是假設），同時把三個數據寫到磁盤。而4塊盤的RAID10不管cache是否存在，寫的時候，都是同時寫2個數據與2個鏡相。
根據我前面對緩存原理的介紹，寫cache是可以緩存寫操作的，等到緩存寫數據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生的，所以RAID5與RAID10在連續寫的情況下，從緩存到磁盤的寫操作速度會有較小的區別。不過，如果不是連續性的強連續寫，只要不達到磁盤的寫極限，差別並不是太大。
離散寫方面的性能差異
這裏可能會較難理解，但是，這一部分也是最重要的部分。企業中的絕大部分數據庫應用，如ERP系統等等在數據寫入的時候其實都是離散寫。
例如oracle 數據庫每次寫一個數據塊的數據，如8K；由於每次寫入的量不是很大，而且寫入的次數非常頻繁，因此聯機日誌看起來會像是連續寫。但是因爲不保證能夠添滿RAID5的一個條帶（保證每張盤都能寫入），所以很多時候更加偏向於離散寫入。
我們從上圖看一下離散寫的時候，RAID5與RAID10工作方式有什麼不同。如上圖：我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
然後在cache中計算新的校驗
寫入新的數字4與新的校驗8
如上圖我們可以看到：對於RAID10，同樣的單個操作，最終RAID10只需要2個io，而RAID5需要4個io。
這裏我忽略了RAID5在那兩個讀操作的時候，可能會發生讀命中操作的情況。也就是說，如果需要讀取的數據已經在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爲重要。我本人曾經測試過，在RAID5的陣列中，如果關閉寫cache，RAID5的性能將差很多倍。
當然，我並不是說cache對RAID10就不重要了，因爲寫緩衝，讀命中等，都是提高速度的關鍵所在，不過的是，RAID10對cache的依賴性沒有RAID5那麼明顯而已。
到這裏，大家應當也大致明白了RAID5與RAID10的原理與差別了，一般來說，象小io的數據庫類型操作，建議採用RAID10，而大型文件存儲，數據倉庫，則從空間利用的角度，可以採用RAID5。
在本文下篇，我們將進一步分析影響磁盤性能的不同因素，並分析不同的RAID方案對磁盤系統的影響
陣列的瓶頸主要體現在2個方面，帶寬與IOPS（單位時間傳輸的數據量，和單位時間完成的I/O數）。
影響帶寬的主要因素
存儲系統的帶寬主要取決於陣列的構架，光纖通道的大小（我們今天討論的陣列一般都是光纖陣列， SCSI這樣的SSA陣列，暫時不在討論範圍之列）以及硬盤的個數。
所謂陣列構架影響存儲系統帶寬，指的是存儲系統內部架構會存在一些內部帶寬，類似於PC的系統總線，儘管陣列的構架因不同廠商不同型號的產品而各有不同，不過一般情況下，內部帶寬都設計的很充足，不會是瓶頸的所在。
光纖通道對帶寬的影響還是比較大的，例如數據倉庫環境中，對數據的流量要求很大，而一塊2Gb的光纖卡，所能支撐的最大流量應當是2GB/8=250Mb/s的實際流量，必須配備4塊光纖卡才能達到1Gb/s的實際流量，所以對於數據倉庫的環境來說，升級到光纖4Gb並非是廠商過於超前的產品更新，在大流量的數據環境下絕對有必要考慮更換4GB的光纖卡。
但是對於存儲系統的帶寬來說，硬盤接口的帶寬限制是最重要的。當前面的瓶頸不再存在的時候，帶寬就完全取決於硬盤的個數了，我下面列一下不同規格的硬盤所能支撐的流量大小，數據取自硬盤廠商的標準參數：
如果我們假定一個陣列有120塊15K rpm轉速的光纖硬盤，那麼硬盤上最大的可以支撐的數據流量爲120*13=1560Mb/s，當前端接口不成爲瓶頸的時候，1560Mb/s就是理論上的最大數據流量。
而如果要實現上述的最大帶寬，如果前端採用2GB的光纖卡，可能需要配置6塊才能夠，而4GB的光纖卡，配置3-4塊就夠了。因此我們可以知道，前端的光纖接口必須與後端磁盤個數相匹配。
但是否考慮到這些因素就足夠了呢，存儲系統的整體性能還受到多方面因素的影響，下面我們將分析存儲系統的另外一個重要的性能指標：IOPS。
影響IOPS的主要因素
我們前面已經說過了，廠商所提供的IOPS值是在理想狀態下測試出來的，對實際的運行性能的參考並不大，所以我們有必要通過以下幾個方面來衡量該系統的實際IOPS的可能表現。
決定IOPS的主要因素取決於陣列的算法，cache命中率，以及磁盤個數。
陣列的算法也因爲不同廠商不同型號的產品而不同，如我們最近遇到在HDS USP上面，可能因爲ldev(lun)存在隊列或者資源限制，而單個ldev的IOPS就上不去。所以，決定採購某型號的存儲之前，有必要了解這個存儲的一些算法規則與限制。
cache命中率對實際IOPS有決定性的影響，Cache命中率取決於數據的分佈，cache size的大小，數據訪問的規則，以及cache的算法，如果完整的討論下來，這裏將變得很複雜，可以有一天來慢慢討論。
我們這裏把這些內部原理都省略掉，只強調：對於一個存儲陣列來說，讀cache的命中率越高，一般就表示它可以支持更多的IOPS，爲什麼這麼說呢？這個就與我們下面要討論的硬盤IOPS有關係了。
每個物理硬盤能處理的IOPS是有限制的，如
同樣，如果一個陣列有120塊15K rpm轉速的光纖硬盤，那麼，它能支撐的最大IOPS爲120*150=18000，這個爲硬件限制的理論值，如果超過這個值，硬盤的響應可能會變的非常緩慢而不能正常提供業務。較高的讀cache命中率，能降低硬盤的IOPS負荷，讓硬盤在較小的壓力下良好工作。
不同RAID對IOPS性能的影響
在我們的上一篇文章“RAID5和RAID10，哪種RAID適合你(上)”中曾經討論過，在RAID5與RAID10的不同機制上，讀數據時，IOPS性能其實沒有差別。但是，相同的業務，在寫入數據時，採用不同的RAID機制最終落在磁盤上的IOPS是有差別的，我們評估的正是磁盤的整體IOPS，如果達到了磁盤的限制，性能肯定是上不去了。
那我們假定一個case，業務應用的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的情況下，每個磁盤的IOPS爲多少。
RAID5:
1. 單塊盤的IOPS = (10000*(1-0.3)*0.6 + 4 * (10000*0.4))/120
2. = (4200 + 16000)/120
3. = 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個讀IOPS。
而4 * (10000*0.4) 表示寫的IOPS，因爲每一個寫，在RAID5中，實際發生了4個io，所以寫的IOPS爲16000個。
爲了考慮RAID5在寫操作的時候，那2個讀操作也可能發生命中，所以更精確的計算應該爲：
1. 單塊盤的IOPS = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4)*(1-0.3) + 2 * (10000*0.4))/120
2. = (4200 + 5600 + 8000)/120
3. = 148
這樣我們計算出來單個盤的IOPS爲148個，基本達到磁盤IOPS極限，在這種情況下，磁盤的工作狀態是非常不理想的。
RAID10對IOPS性能的影響
1. 單塊盤的IOPS = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4))/120
2. = (4200 + 8000)/120
3. = 102
可以看到，因爲RAID10對於一個寫操作，只發生2次io，所以，同樣的壓力，同樣的磁盤，每個盤的IOPS只有102個，還遠遠低於磁盤的極限IOPS。
這裏回到我們先前討論的case上來，在我們先前採用RAID5的時候，通過分析，每個磁盤的IOPS在高峯時期，快達到200了，導致響應速度巨慢無比。改造成RAID10，每個磁盤的IOPS降到100左右，很好的避免了這個性能問題。
影響讀數據的關鍵因素是cache命中率，在讀數據的情況下，RAID5與RAID10性能本身沒有太大差別。但是對於寫數據的一些應用，尤其是小I/O頻繁寫入的一些應用，如企業ERP生產系統等等，RAID10相比RAID5可能產生較大的性能差異。而大型文件存儲，數據倉庫，如醫療PACS系統、視頻編輯系統則從空間利用的角度，建議採用RAID5。
原文轉自：http://blog.csdn.net/yuan22003/article/details/6716402