1. RAID在數據庫存儲上的應用 -- 轉載

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隨着單塊磁盤在數據安全、性能、容量上呈現出的侷限，磁盤陣列（Redundant Arrays of Inexpensive/Independent Disks，RAID）出現了，RAID把多塊獨立的磁盤按不同的方式組合起來，形成一個磁盤組，以獲得比單塊磁盤更高的數據安全、性能、容量。

一. 常見的RAID 級別
RAID有RAID0~RAID7幾種級別，另外還有一些複合的RAID模式，比如：RAID10、RAID01、RAID50、RAID53。

常用的RAID模式有RAID0、RAID1、RAID5、RAID10。

1. RAID0
RAID0也就是常說的數據條帶化(Data Stripping)，數據被分散存放在陣列中的各個物理磁盤上，需要2塊及以上的硬盤，成本低，性能和容量隨硬盤數遞增，在所有的RAID級別中，RAID 0的速度是最快的，但是RAID 0沒有提供冗餘或錯誤修復能力，如果一個磁盤（物理）損壞，則所有的數據都無法使用。

對於有容災模式的RAID陣列，某塊磁盤損壞時，只要換上新的硬盤即可，陣列系統會自動同步數據到新的硬盤。(不支持熱插拔的話，需要先關機再開機)

 

2. RAID1
RAID1也就是常說的數據鏡像(Data Mirroring)，2塊及以上的硬盤(偶數個)，被分爲2組，數據在每組磁盤中各有一份，若其中一組有磁盤損壞，另一組可以保證數據訪問不會中斷。RAID1同RAID0一樣，有很好的讀取速度，但是寫的速度，有所下降。

3. RAID5
RAID 5 是一種數據安全、性能、容量、成本、可行性都相對兼顧的解決方案，正因此，類似的RAID2、RAID3、RAID4、RAID6很少得以實際應用。
RAID5需要3塊及以上的硬盤， 它不是對存儲的數據直接進行備份，而是把數據和相對應的奇偶校驗信息存儲到組成陣列的各個磁盤上，簡單來說就是：任意壞掉一塊盤時，另外的N-1塊盤可以利用奇偶校驗信息，把這塊壞掉的磁盤上的數據恢復出來。
RAID 5可以理解爲是RAID 0和RAID 1的折衷方案，有和RAID 0相近似的數據讀取速度，有比RAID1低的容災能力(RAID5只允許一塊磁盤損壞)，因爲多了奇偶校驗信息，寫入數據的速度比RAID1慢。

 

4. RAID10
RAID10，名稱上便可以看出是RAID0與RAID1的結合體，顯然需要至少4塊磁盤。不過，先RAID0後RAID1，還是先RAID1後RAID0，是不一樣的。

RAID01，是先做RAID0，然後對2組RAID0再做RAID1，假設此時某個RAID0壞掉一塊磁盤，這個RAID0隨即不可用，所有的IO全部指向剩下的那個RAID0；

RAID10，是先做RAID1，然後對2組RAID1再做RAID0，假設此時某個RAID1壞掉一塊磁盤，當前RAID1仍然能提供服務，並且另一個RAID1也同時可以壞掉一塊磁盤。

所以，我們通常選擇RAID10，而不是RAID01。

5. 不同RAID級別的讀寫性能
假設都用4塊磁盤，RAID0，RAID1，RAID5，RAID10在多線程/多CPU情況下，都可以同時讀取多塊磁盤，讀的性能都很不錯；
寫的性能(IOPS)依次遞減，大致是：RAID0 > RAID10 > RAID1 > RAID5。

二. RAID的空間計算
在做RAID時，通常選擇統一規格的磁盤，如果真的有不同空間大小、不同讀寫速度的磁盤，陣列系統會以空間小、速度低的爲標準，空間大、速度高的磁盤向下兼容。比如：100G，50G的2塊磁盤做RAID0，得到的空間爲50G*2 = 100G。

RAID的空間計算公式：
RAID0的空間：Disk Size * N
RAID1的空間：(Disk Size * N)/2
RAID5的空間：((N-1)/N) * (Disk Size * N) = (N-1) * Disk Size
RAID10的空間：(Disk Size * N/2)/2 + (Disk Size * N/2)/2 = (Disk Size * N)/2

假設都用4塊磁盤，每塊磁盤都爲100G
RAID0的空間：100G * 4 = 400G
RAID1的空間：(100G * 4)/2 = 200G
RAID5的空間：(4-1) * 100G = 300G
RAID10的空間： (100G * 4)/2 = 200G

 

三. RAID的IOPS計算
1. 單塊硬盤的IOPS是固定的
關於單塊磁盤IOPS的計算，在” 0. 磁盤讀寫與數據庫的關係”中有詳細的方法，但通常這個值是相對固定的，不需要重複計算，參考如下：

可以發現，同樣轉數，不同型號的單塊磁盤，IOPS都維持在一個類似的數量級。

2. RAID的IOPS計算
有了單塊磁盤的IOPS，那麼多塊磁盤的IOPS計算就很簡單了，比如，對於RAID0或者單純串聯磁盤(JBOD: just a bunch of disks)的存儲來說，10塊175 IOPS的磁盤的總IOPS就是10*175 = 1750 IOPS。
但是對於其他RAID級別並不是這樣，因爲RAID有多次寫IO的開銷存在，簡單來說就是：對RAID發起一次寫IO，RAID內部會有不止一次的寫IO發生，RAID內部的IO開銷如下：

從圖中得到公式：用戶讀IO+N*用戶寫IO = 總IOPS (N就是RAID內部的IO開銷次數)

假設用戶讀寫請求各一半(50%)，同樣還是以10塊175 IOPS的磁盤爲例：
50% * 用戶總IO請求數 + N * (50% * 用戶總IO請求數) = 175 IOPS * 10

以RAID1爲例，那麼N = 2，上式變爲：1.5 *用戶總IO請求數 = 1750 IOPS
用戶總IO請求數 = 1167 IOPS 
這就是10塊175 IOPS的磁盤做了RAID1，所能提供的IOPS。

3. RAID的IOPS計算在現實中的應用
在實際使用中，我們通常不是計算現有RAID的IOPS，而是反過來：選擇好磁盤規格，RAID模式，測試出系統的讀寫比例，系統需要達到的IOPS，然後看看，需要多少塊硬盤來完成陣列，才能達到這樣的IOPS需求？

假設：選擇了175 IOPS的磁盤，做RAID1，系統讀寫比例爲60%:40%，系統需要達到2000 IOPS
問：要配置多少塊這樣規格的硬盤？

把上面的公式改爲通用公式：
reads * Workload_IOPS + writes_impact * (writes * Workload_IOPS) = 175 * M
60% * 2000 + 2 * (40% * 2000) = 175 * M
M = 16 (也就是說，要達到指定的2000 IOPS，RAID1需要配置16塊175 IOPS的磁盤)

可能有人會覺得，系統的讀寫請求比例，系統需要達到多少IOPS，並不知道，如果沒有前期測試的話，那麼只能根據經驗來估測了。

四. RAID在數據庫存儲上的應用
以SQL Server數據庫爲例，看下不同的RAID級別適用於什麼場景：
RAID0，由於沒有容災機制，很少被單獨使用。
有人提到過tempdb可以放在RAID0，因爲tempdb不用擔心丟數據，事實上tempdb故障了，SQL Server是不能正常運行的，所以這麼做是不推薦的，建議把tempdb當成用戶數據庫來對待；

RAID1，操作系統、SQL Server實例、日誌文件；
RAID5，數據文件，備份文件；
RAID10，所有類型都適用，不過考慮成本，通常不會全部使用RAID10。