缓存和RAID如何提高IO

缓存命中率(Write Cache Hit Radio)，不过和读缓存命中情况不一样的是，尽管缓存命中，也不能将实际的IO操作免掉，只是被合并了而已。

　　控制器缓存和磁盘缓存除了上面的作用之外还承当着其他的作用，比如磁盘缓存有保存IO命令队列的功能，单个的磁盘一次只能处理一个IO命令，但却能接收多个IO命令，这些进入到磁盘而未被处理的命令就保存在缓存中的IO队列中。

　　RAID(Redundant Array Of Inexpensive Disks)

　　如果你是一位数据库管理员或者经常接触服务器，那对RAID应该很熟悉了，作为最廉价的存储解决方案，RAID早已在服务器存储中得到了普及。在RAID的各个级别中，应当以RAID10和RAID5(不过RAID5已经基本走到头了，RAID6正在崛起中，看看这里了解下原因)应用最广了。下面将就RAID0，RAID1，RAID5，RAID6，RAID10这几种级别的RAID展开说一下磁盘阵列对于磁盘性能的影响，当然在阅读下面的内容之前你必须对各个级别的RAID的结构和工作原理要熟悉才行，这样才不至于满头雾水，推荐查看wikipedia上面的如下条目：RAID，Standard RAID levels，Nested RAID levels。

　　RAID0

　　RAID0将数据条带化(striping)将连续的数据分散在多个磁盘上进行存取，系统发出的IO命令(不管读IO和写IO都一样)就可以在磁盘上被并行的执行，每个磁盘单独执行自己的那一部分请求，这样的并行的IO操作能大大的增强整个存储系统的性能。假设一个RAID0阵列有n(n>=2)个磁盘组成，每个磁盘的随机读写的IO能力都达到140的话，那么整个磁盘阵列的IO能力将是140*n。同时如果在阵列总线的传输能力允许的话RAID0的吞吐率也将是单个磁盘的n倍。

　　 RAID1

　　RAID1在容量上相当于是将两个磁盘合并成一个磁盘来使用了，互为镜像的两个磁盘里面保存的数据是完全一样的，因此在并行读取的时候速度将是n个磁盘速度的总和，但是写入就不一样了，每次写入都必须同时写入到两个磁盘中，因此写入速度只有n/2。

　　RAID5

　　我们那一个有n(n>=3)个磁盘的RAID5阵列来看，首先看看RAID5阵列的读IO，RAID5是支持并行IO的，而磁盘上的数据呈条带状的分布在所有的磁盘上，因此读IO的速度相当于所有磁盘速度的总和。不过这是在没有磁盘损坏的情况下，当有一个磁盘故障的时候读取速度也是会下降的，因为中间需要花时间来计算丢失磁盘上面的数据。

　　读取数据的情况相对就要复杂的多了，先来看下RAID5奇偶校验数据写入的过程，我们把写入的数据称为D1，当磁盘拿到一个写IO的命令的时候，它首先会读取一次要入的地址的数据块中修改之前的数据D0，然后再读取到当前条带中的校验信息P0，接下来就根据D0，P0，D1这三组数据计算出数据写入之后的条带的奇偶校验信息P1，最后发出两个写IO的命令，一个写入D1，另一个写入奇偶校验信息P1。可以看出阵列在实际操作的时候需要读、读、写、写一共4个IO才能完成一次写IO操作，也就是实际上的写入速度只有所有磁盘速度总和的1/4。从这点可以看出RAID5是非常不适合用在要大批量写入数据的系统上的。

　　RAID6

　　RAID6和RAID5很类似，差别就在于RAID6多了一个用于校验的磁盘。就写IO速度上来说这两个是完全一样的，都是所有磁盘IO速度的总和。

　　在写IO上也很是类似，不同的是RAID将一个命令分成了三次读、三次写一共6次IO命令才能完成，也就是RAID6实际写入磁盘的速度是全部磁盘速度之和的1/6。可以看出从写IO看RAID6比RAID5差别是很大的。

　　RAID10

　　RAID0读写速度都很好，却没有冗余保护;RAID5和RAID6都有同样的毛病就是写入的时候慢，读取的时候快。那么RAID1呢?嗯，这里要说的就是RAID1，其实不管是RAID10还是RAID01，其实都是组合大于2块磁盘时候的RAID1，当先镜像后条带时候就称为RAID10，先条带后镜像的时候称为RAID01。从性能上看RAID01和RAID10都是一样的，都是RAID1嘛，但是RAID10在重建故障磁盘的时候性能比RAID01要快。

　　因为RAID10其实就是RAID1，所以它的性能与RAID1也就是一样的了，这里不需要再做过多的讨论。

　　四个性能指标的变化

　　IO响应时间(IO Response Time)

　　在任何时候IO响应时间值得都是单个IO的响应时间，因此，不管磁盘是否组成了磁盘阵列，它的IO响应时间应该都是一样的。从前面的计算中我们可以看到，如果IO响应时间在10ms左右的话是很正常的，但是当IO响应时间比这个值超出太多的时候，你就要开始注意了，很可能就意味着此时你的磁盘系统已经成为了一个瓶颈。

　　IOPS

综合上面两个部分的讨论我们来估算一下阵列下的磁盘总体IOPS，在这里我们先假设