评估RAID 0#

我们评估磁盘的性能与之前一样，分别要考虑2个场景：顺序、随机。

给定单个磁盘的性能，我们来进行一下计算单个磁盘的S和R，其中S表示顺序sequential，R表示随机random。

Average seek time 7 ms

Average rotational delay 3 ms

Transfer rate of disk 50 MB/s

$S=\frac{Amount of Data}{Time to access}=\frac{10MB}{210ms}= 47.62MB/s$

$R=\frac{Amount of Data}{Time to access}=\frac{10MB}{10.195ms}= 0.981MB/s$

从吞吐量的角度看性能（多磁盘间可以并发读写）。在整个RAID0下，访问整个RAID0和访问单个磁盘的延迟大致相同，所以RAID0的实际S=N·S，R=N·R， 基本是线性的提升。

所以我们总结下RAID0表现：

容量：线性提升，RAID容量=单个磁盘·N

可靠性：0，没有任何可靠性措施

性能：线性提升，RAID性能=单个磁盘·N

评估RAID 1#

依旧从3个角度去评估。我们在这里只评估所有数据仅有一份冗余的情况，因为更多份冗余的场景也很容易按照这种方式去计算

容量

很显然，容量的降低取决于我们镜像的数量，在只备份一份的情况下，我们的容量变为了N/2。

可靠性

从可靠性上来看，RAID1最佳情况下可以容忍N/2的故障。即D0和D2都挂了。最差可以容忍1的故障，即D0-D3任意一个挂了。

性能

这里有一点比较特殊，因为我们提到了跨磁盘之间的操作可能是并行的，那么好像读或者写2份在同一个磁盘的数据好像对性能的影响微乎其微？

​ 顺序读

​ 但是其实不是这样，考虑到我们要计算综合吞吐的话，在顺序读时，因为磁盘分块被我们分割开了，哪怕是顺序读，0-1-2-3-4-5-6也可能跨了非常多的磁盘（D0,D2,D0,D2,D0,D2)，此时考虑到还有额外2种情况：

• 读取时因为有2份数据，所以可能不只是2个盘，而是D0D1D2D1D3
• 磁盘本身会旋转，本身的顺序读被完全割裂了

所以顺序读的实际吞吐可能接近$(\frac{N}{2}·S) MB/s$

​ 顺序写

​ 顺序写也是一样，因为要保证2份数据同时写完才算写成功，即使可以并发写，但是会带来另一个磁盘可能刚好错过扇区的成本，所以顺序写的吞吐也是$(\frac{N}{2}·S) MB/s$

​ 随机

​ 随机读反而不受影响，因为本来就要承担该承担的一切，所以还是N·R

​ 随机写于顺序写一样，也是$(\frac{N}{2}·R) MB/s$

ps：这里文中的计算看看大概思路了解需要考虑那些额外因素就好，实际现实上不能这么算，加深对磁盘运作机制的理解就可以

评估RAID 4#

容量

无论多少个磁盘，奇偶校验只需要一个额外磁盘保存奇偶校验位，所以容量是(N−1)·B

可靠性

从原理上来说，奇偶校验位的可靠性最多允许一个disk坏掉

性能

顺序读

顺序读我们可以正常操作除奇偶校验盘外的所有，所以是(N−1)·SMB/s

顺序写

顺序写时，考虑到一种情况：我们可以直接一行一行块的写，即直接从分块0写到分块P0，这个时候直接在写前面的时候也就把奇偶校验计算出来了，所以写的速度也是(N−1)·SMB/s

随机读

随机读与上面类似，所以还是（N-1）·R

随机写

随机写十分复杂，要考虑的点非常多，是一个重点。

首先是如何得到新奇偶校验的值

在写入某个块时，奇偶校验位的值也需要被更新，我们想一下，最基本的更新策略可以是这样：

• 更新某个分块（比如说Disk0上的0）时，更新后，我们读取同一行的所有数值，重新计算奇偶校验并写入P0

但是这显然成本过高了，更新一个分块，反而要读取整行所有的分块吗？考虑到奇偶校验和的来源，我们可以有另一种简单的办法

• 通过这个分块的原值、新写入的值、奇偶校验位的值，来计算新的奇偶校验位——$P_{new}= (C_{old}⊕C_{new})⊕P_{old}$

然后，写入会存在很明显的瓶颈

在随机写场景，当随机写连续发生在2个disk时，按照我们之前的估计，2个disk本身是支持并发一起写的，但是引入奇偶校验后，会出现问题，如下图

我们会发现，及时4和13因为分别位于D0和D1，他们之间可以并发进行写，但是因为他们都需要更新奇偶校验和，所以都需要在D4上去写，D4成为了随机写的瓶颈！

事实上，在这种场景下，整个随机写最终都会成为在D4上的串行写，所以我们随机写的性能，不只达不到N*R，甚至小于了单个磁盘的R，考虑到每次写入奇偶校验位时，都需要先读取原来的校验位来做计算，所以实际随机写的性能大约是$(\frac{R}{2})MB/s$（因为又要读一次又要写一次，所以大概是一半）。

ps：还是那句话，这种算法知道考虑的点就行，实际的值准不准确别过于认真

评估RAID 5#

容量

与RAID 4一样

可靠性

与RAID 4一样

性能

除了随机写以外，基本都与与RAID 4一样，随机读会稍微好一些，因为我们现在可以读所有磁盘了

随机写

随机写会提升不少性能，因为我们避免了写阻塞在一个盘上的问题，但是因为奇偶校验位会在任意盘上，所以我们在大量随机写时，所有盘都在狂飙（写D0时要写D4的校验，写D4时又要写D0的校验，互相之间都是套娃）。我们预估这种情况下，实际写入的速度估计是$\frac{N}{4}·R$