RAID 不同level分析

RAID: a natural solution to narrow the gap
   Stripping data across multiple disks to allow parallel I/O, thus improving performance
   RAID在stroage级别提供了不同的数据保护和性能优化措施，比如常见的RAID0，RAID1，RAID10，RAID01，RAID5，这里就这些不同形式的RAID进行分析。

   RAID0
   RAID0 通过条带的方式，将数据通过RAID CONTROLLER分布到不同的磁盘/磁盘组上，这种方式带来了一个极大的好处便是提高了磁盘的吞吐量(当然这是对于单个磁盘而言)，提高了磁盘IO的性能！
但同时，由于RAID0又是如何实现的呢？    

 
      通过这个图我们可以很清晰的看到RAID0原理，每次进行数据写入，RAID0总是在两个磁盘/磁盘组交叉进行写入。对于写入量比较的APP而言，使用RAID0可以带来写入性能的提升。特别是对于
  concurrent write比较高的应用而言，能在磁盘吞吐量上带来倍数级的提升！当然，当出现某个磁盘/磁盘组(至少一个)磁盘损坏的情况下，会导致数据损丢失。对于数据安全比较重要的应用而言，不是一个靠谱的选择。
     

    

优点：
               1.提高了IO的性能。 
     缺点:
               1.数据安全性低，坏盘的情况下可能导致数据无法恢复。     
               2.磁盘/磁盘组的容量来自于最小磁盘/磁盘组容量的计算。（比如两个磁盘做RAID0，A盘100G，B盘500G，最终容量为2*100=200G）。 
               Best write performance(due to no updating redundancy information)
               Not best read performance(Redundancy schemes can schedule requests on the disks with shortest queue and disk seek time .

  RAID1
        

RAID1和RAID0相比，能提供更高的安全性，采用mirror形式，将每份数据一式两份存储在不同的磁盘/磁盘组上。这样当单块盘/磁盘组损坏的情况下，换进的新磁盘，能够快速从另一个好的磁盘copy
       

数据来保证数据的安全性(High Availability).当然，缺点也是很明显的，磁盘的使用率最多只有1/2。

        

优点：
            1.数据冗余，提供了较高的安全保障，在单块盘/磁盘组出现故障的情况下仍然可用。
             

2.数据读取有优化，数据读取可以使用队列来进行。
              Reads may be optimized(minimize the queue and disk search time)

  缺点：      
              1.磁盘的利用率最多只有1/2。(比如，有两块盘组成的RAID1，A盘100G，B盘500G，最终的容量只有100G)。
              2.写带宽浪费。（每个logical write会伴随两个phyical writes）。

     RAID01
     RAID01相比RADI0和RAID1，可以说是这两者的组合，不过在先后顺序上有差别。RAID01是先将单个磁盘/磁盘组做RAID0，然后将整个RAID0当做RAID1的一部分，再做mirror。简而言之，就是先strip，然后mirror。
     
     优点：
            1.不仅有stripe，增加数据的写入性能，同时增加的mirror，提高了数据的安全性和读取性能。提高较快的读写性能，增加了磁盘的吞吐量。
            2.最多可以损坏1/2个磁盘/磁盘组(比如上图中的第一组，第四组)。
     缺点：
           1.磁盘容量的使用率较低，最多只有1/2的使用率。

       2.写带宽浪费。（每个logical write会伴随两个phyical writes）

          
    RAID01不仅在性能上和RAID0接近，在安全上也几乎达到了RAID1的标准（可以损坏1/2个磁盘/磁盘组），因此，在安全和性能都要求比较高的情况下，RAID01是一个不错的选择。

    RAID10
    Raid01是先做strip，在做mirror。而Raid10正好相反，是先做mirror，再做strip。那么RAID10和RAID01又有什么区别呢？这里来分析一下.
   
 
      从上图我们可以很容易对比出来，其实在容量和性能上RAID10和RAID0没有什么差别，两者最大的差别就 fault tolerance的差别。在RAID01上，因为做了mirror，所以只有两个group互为Mirror。
   当每组中，互为镜像的磁盘/磁盘组损坏，RAID01即损坏。而对于RAID10，由于先mirror后strip，所以可以提供多个groups，我们图上看到的是三个，这个在每个 组中损坏一个磁盘的情况下仍然可
   以继续提供访问。相比而言，RAID10在高可用方面做的更好。
   
     相比RAID01,RAID10具有更高的可用性。

     RAID4  

    

RAID4与前面所述的RAID不同之处在于，使用一个专门的磁盘/磁盘组来做ECC盘/盘组（校验盘），这样在其某个磁盘/磁盘组损坏的情况下，可以通过XOR来进行计算，从而进行数据恢复。

   假如:
   A=1101 B=1100 C=1111 则AP=1101 xor 1100 xor 1111=1110
   此时假如A数据损坏，则A’=AP xor B xor C=1101
   XOR:
         1110 xor 1100 = 0010 xor 1111 = 1101
   当然这里运算的都是4bit,而对于64K的strip size，则需要做64*1024=65535 bit的xor运算，所以对于使用raid4来讲，好的位运算engine，能加快数据的写入速度。
   可以看到上述 :

    
      可以看到，RAID4在写入上面，可能并没有RAID10快，但在磁盘使用率上，还是大于RAID10。
      优点：

    1.磁盘使用率高(1/N)。
      2.读写性能比较高，略低于RAID10。
      3.安全方面，可以容忍至多一个磁盘/磁盘组的损坏。

       缺点:
  1.单块盘/盘组做为校验盘，可能会出现lock contention。
  2.每次逻辑写入要2次物理读，2次物理写。
  3.单块盘/磁盘组损坏的情况下，恢复的时间可能较长。

RAID5
Raid5其实是Raid4的变种，相对于raid4，raid5将校验位放到多个磁盘/磁盘组上，这样减少了lock contention，下面来看看RAID5的具体实现.

     ( Left-Symmetric)


   RAID5的其他形式:
   Single disk failure tolerant array

   

       

优点：

              

 1. 和raid4相比，消除了校验盘的bottleneck 。

                    2.在单个磁盘/磁盘组损坏的情况下，能够恢复。
                 3.Small reads 和 small writes都有比较好的性能。

   缺点:
                    

1.单个逻辑写，需要两个physical reads，两个physical writes。

                     2.某个磁盘/磁盘组坏掉的情况下，需要读取所有其他盘的数据源。 

后记
        究竟是选择RAID10和RAID5，没有一个固定的标准。依赖于应用对安全的要求以及成本的规划。如果成本不成问题，而要求是High Availability and High Performance
 我想使用RAID10是个更好的选择。如果要求降低成本，对于安全的要求和性能的要求都不是很高，选择RAID5也许就已经可以满足了。不过选择前，不要忘记了，test,test,test…..







    祝玩得开心
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