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通常在討論不同RAID保護(hù)類型的性能的時(shí)候，結(jié)論都會(huì)是RAID-1提供比較好的讀寫(xiě)性能，RAID-5讀性能不錯(cuò)，但是寫(xiě)入性能就不如RAID-1，RAID-6保護(hù)級(jí)別更高，但寫(xiě)性能相對(duì)更加差，RAID10是提供最好的性能和數(shù)據(jù)保護(hù)，不過(guò)成本最高等等。其實(shí)決定這些性能考慮的因素很簡(jiǎn)單，它就是RAID Write Penalty（寫(xiě)懲罰）。本文從原理上解釋了不同RAID保護(hù)級(jí)別的寫(xiě)懲罰，以及通過(guò)寫(xiě)懲罰計(jì)算可用IOPS的方法。

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RAID-5 Write Penalty的例子:

存儲(chǔ)方案規(guī)劃的過(guò)程中，最基本的考慮因素有兩個(gè)，性能和容量。性能上的計(jì)算看可以分為IOPS和帶寬需求。計(jì)算IOPS，拋開(kāi)存儲(chǔ)陣列的緩存和前端口不談。計(jì)算后端物理磁盤(pán)的IOPS不能簡(jiǎn)單的把物理磁盤(pán)的最大IOPS相加而獲得。原因是，對(duì)于不同的RAID級(jí)別，為了保證當(dāng)有物理磁盤(pán)損壞的情況下可以恢復(fù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寫(xiě)入的過(guò)程中都需要有一些特別的計(jì)算。比如對(duì)于RAID-5，條帶上的任意磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)改變，都會(huì)重新計(jì)算校驗(yàn)位。如下圖所示，一個(gè)7+1的RAID-5的條帶中，七個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，最后一個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)校驗(yàn)位。

對(duì)于一個(gè)數(shù)據(jù)的寫(xiě)入，我們假設(shè)在第五個(gè)磁盤(pán)上寫(xiě)入的數(shù)據(jù)為1111，如下圖所示。那么整個(gè)RAID-5需要完成寫(xiě)入的過(guò)程分為以下幾步：

1.讀取原數(shù)據(jù)0110，然后與新的數(shù)據(jù)1111做XOR操作： 0110 XOR 1111 = 1001

2.讀取原有的校驗(yàn)位0010

3.用第一步算出的數(shù)值與原校驗(yàn)位再做一次XOR操作： 0010 XOR 1001 = 1011

4.然后將1111新數(shù)據(jù)寫(xiě)入到數(shù)據(jù)磁盤(pán)，將第三步計(jì)算出來(lái)的新的校驗(yàn)位寫(xiě)入校驗(yàn)盤(pán)。

由上述幾個(gè)步驟可見(jiàn)，對(duì)于任何一次寫(xiě)入，在存儲(chǔ)端，需要分別進(jìn)行兩次讀+兩次寫(xiě)，所以說(shuō)RAID-5的Write Penalty的值是4。
 
不同RAID級(jí)別的Write Penalty：

下表列出了各種RAID級(jí)別的Write Penalty值：

RAID-0：直接的條帶，數(shù)據(jù)每次寫(xiě)入對(duì)應(yīng)物理磁盤(pán)上的一次寫(xiě)入

RAID-1和10：RAID-1 和RAID-10的寫(xiě)懲罰很簡(jiǎn)單理解，因?yàn)閿?shù)據(jù)的鏡像存在的，所以一次寫(xiě)入會(huì)有兩次。

RAID-5：RAID-5由于要計(jì)算校驗(yàn)位的機(jī)制存在，需要讀數(shù)據(jù)、讀校驗(yàn)位、寫(xiě)數(shù)據(jù)、寫(xiě)校驗(yàn)位四個(gè)步驟，所以RAID-5的寫(xiě)懲罰值是4。

RAID-6：RAID-6由于有兩個(gè)校驗(yàn)位的存在，與RAID-5相比，需要讀取兩次校驗(yàn)位和寫(xiě)入兩次校驗(yàn)位，所以RAID-6的寫(xiě)懲罰值是6。

計(jì)算IOPS:

根據(jù)上文的描述，在實(shí)際存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中，計(jì)算實(shí)際可用IOPS的過(guò)程中必須納入RAID的寫(xiě)懲罰計(jì)算。計(jì)算的公式如下：

物理磁盤(pán)總的IOPS = 物理磁盤(pán)的IOPS × 磁盤(pán)數(shù)目

可用的IOPS = （物理磁盤(pán)總的IOPS × 寫(xiě)百分比 ÷ RAID寫(xiě)懲罰） + （物理磁盤(pán)總的IOPS × 讀百分比）

假設(shè)組成RAID-5的物理磁盤(pán)總共可以提供500 IOPS，使用該存儲(chǔ)的應(yīng)用程序讀寫(xiě)比例是50%/50%，那么對(duì)于前端主機(jī)而言，實(shí)際可用的IOPS是：

（500 ×50% ÷ 4）+ ( 500 * 50%) = 312.5 IOPS

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