浅谈RAID写惩罚（Write Penalty）与IOPS计算

介绍

   

     通常在讨论不同RAID保护类型的性能的时候，结论都会是RAID-1提供比较好的读写性能，RAID-5读性能不错，但是写入性能就不如RAID-1，RAID-6保护级别更高，但写性能相对更加差，RAID10是提供最好的性能和数据保护，不过成本最高等等。其实决定这些性能考虑的因素很简单，它就是RAID Write Penalty（写惩罚）。本文从原理上解释了不同RAID保护级别的写惩罚，以及通过写惩罚计算可用IOPS的方法。

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RAID-5 Write Penalty的例子:

   

     存储方案规划的过程中，最基本的考虑因素有两个，性能和容量。性能上的计算看可以分为IOPS和带宽需求。计算IOPS，抛开存储阵列的缓存和前端口不谈。计算后端物理磁盘的IOPS不能简单的把物理磁盘的最大IOPS相加而获得。原因是，对于不同的RAID级别，为了保证当有物理磁盘损坏的情况下可以恢复数据，数据写入的过程中都需要有一些特别的计算。比如对于RAID-5，条带上的任意磁盘上的数据改变，都会重新计算校验位。如下图所示，一个7+1的RAID-5的条带中，七个磁盘存储数据，最后一个磁盘存储校验位。

   

   

     对于一个数据的写入，我们假设在第五个磁盘上写入的数据为1111，如下图所示。那么整个RAID-5需要完成写入的过程分为以下几步：

   

   

1. 读取原数据0110，然后与新的数据1111做XOR操作： 0110 XOR 1111 = 1001
2. 读取原有的校验位0010
3. 用第一步算出的数值与原校验位再做一次XOR操作： 0010 XOR 1001 = 1011
4. 然后将1111新数据写入到数据磁盘，将第三步计算出来的新的校验位写入校验盘。

 

     由上述几个步骤可见，对于任何一次写入，在存储端，需要分别进行两次读+两次写，所以说RAID-5的Write Penalty的值是4。

 

   

不同RAID级别的Write Penalty：

   

下表列出了各种RAID级别的Write Penalty值：

   

RAID	Write Penalty
0	1
1	2
5	4
6	6
10	2

   

 

RAID-0：直接的条带，数据每次写入对应物理磁盘上的一次写入

RAID-1和10：RAID-1 和RAID-10的写惩罚很简单理解，因为数据的镜像存在的，所以一次写入会有两次。

RAID-5：RAID-5由于要计算校验位的机制存在，需要读数据、读校验位、写数据、写校验位四个步骤，所以RAID-5的写惩罚值是4。

RAID-6：RAID-6由于有两个校验位的存在，与RAID-5相比，需要读取两次校验位和写入两次校验位，所以RAID-6的写惩罚值是6。

   

   

计算IOPS:

   

     根据上文的描述，在实际存储方案设计的过程中，计算实际可用IOPS的过程中必须纳入RAID的写惩罚计算。计算的公式如下：

 

物理磁盘总的IOPS = 物理磁盘的IOPS × 磁盘数目

   

可用的IOPS = （物理磁盘总的IOPS × 写百分比 ÷ RAID写惩罚） + （物理磁盘总的IOPS × 读百分比）

 

     假设组成RAID-5的物理磁盘总共可以提供500 IOPS，使用该存储的应用程序读写比例是50%/50%，那么对于前端主机而言，实际可用的IOPS是：

 

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

 

具体不同应用程序的读写比例，可以参考：关于不同应用程序存储IO类型的描述