硬件RAID横评（上）

之前误打误撞测试了软件RAID（Windows下软RAID测试），发现性能基本上是线性的，而据说硬件RAID性能比这个高的很。那本文将就硬件RAID展开测试，测试内容主要为各RAID等级下磁盘空间、I/O性能、模拟硬盘故障的可靠性等。

硬件RAID
硬 RAID 拥有自己的 RAID 控制处理与 I/O 处理芯片，甚至还有阵列缓冲，相比于软RAID和软硬混合RAID，对 CPU 的占用率和整体性能是最优的，但实现成本也最高的。硬 RAID 通常都支持热交换技术，在系统运行下更换故障磁盘。

硬 RAID 包含 RAID 卡和主板上集成的 RAID 芯片，服务器平台多采用 RAID 卡。RAID 卡由 RAID 核心处理芯片（ RAID 卡上的 CPU ）、端口、缓存和电池 4 部分组成。比如我服务器上这套P440ar阵列卡和8块SAS盘。
首先使能阵列模式，也就是上次不敢开启的Smart Array模式。

修改之后需要重启生效。

RAID 0
RAID 0 是一种简单的、无数据校验的数据条带化技术，并不提供任何形式的冗余策略。RAID 0 将所在磁盘条带化后组成大容量的存储空间，将数据分散存储在所有磁盘中，以独立访问方式实现多块磁盘的并读访问。由于可以并发执行 I/O 操作，总线带宽得到充分利用；再加上不需要进行数据校验，RAID 0 的性能在所有 RAID 等级中是最高的。理论上讲，使用 N 块硬盘，即可拥有将近 N 倍的读写效能。

RAID 0 具有低成本、高读写性能、100% 的高存储空间利用率等优点，但是数据安全性较低，同组数组中任一硬盘发生问题就会造成数据遗失。因此，RAID 0 一般适用于对性能要求严格但对数据安全性和可靠性不高的应用，如视频、音频存储、临时数据缓存空间等。
在阵列卡配置中选择创建阵列。

选择RAID 0，其它选项使用默认的配置选项。

Strip Size/Full Strip Size

Strip Size（条带深度），指的是在阵列的磁盘集中的单块磁盘上，从条带起始位置开始读/写所允许的最大数据量。Strip Size越大，顺序读写性能越好，但IOPS越低；Strip Size越小，IOPS越高，随机读写性能越好。
一般根据服务器的具体用途来决定Strip Size。通常，提高顺序读写性能对文件服务器（备份、存档、共享等用途）磁盘性能提升较多。反之，对于琐碎文件（几KB、十几KB大小的文件）较多的服务、数据库、集成编译服务器等，频繁对小文件读写的服务器，提升IOPS则有较大益处。
如果单磁盘容量较大，1TB以上的SATA盘，更适合做文件服务器，可将Strip Size调整大至1MB，600G、15K的高性能磁盘或SSD，由于本身具有较高的IO性能，更适合做数据库，可将Strip Size 调小一些。

Sector/Track

Sector/Track表示每条磁道上有几个扇区，一般编号从1开始，最大为63，表示63个扇区，每个扇区为512字节，它是磁盘的最小存储单位。
恩，分的少应该是可以提高读写速度的。毕竟扇区少了之后寻址会更快。

此时阵列可用逻辑卷容量为4.3T。
随后重启安装装Windows 7 旗舰版。这次提前百度了一下，64位的Windows 7家庭普通版最高可支持8GB内存，家庭高级版最高可支持16GB，专业版、企业版和旗舰版最高可支持192GB内存。

这次CPU和内存完全使用起来了。

但是新的问题是硬盘最大只能使用2TB。

再次百度，原来MBR分区的硬盘在Windows 7 32位和64位系统最大支持都是2TB；而GPT分区的硬盘只能支持Windows 7 64位系统，最大容量是18EB。（1EB=1024PB=1,048,576TB）
Windows 7在MBR模式下用NTFS分区格式能管理256TB的硬盘空间，NTFS分区单区容量不能超过2TB，单区超过2TB就只能采用罕见的GPT模式。
先使用硬盘测试软件ATTO进行顺序读写测试，结果如下图。对于各种情况下的I/O性能信息，将在文末进行对比。

再使用AS SSD测试硬盘的顺序读写、随机读写和响应性能测试，并记录得分情况，为我最后选择何种RAID做个参考。

这彪悍的读写性能让我想起了之前一些游戏本的NVME双通道这个配置，按照我个人笔记本同系列的HP EX900来计算，1T容量的单块盘顺序读取速度是2150MB，顺序写入速度是1800MB；如果是这样的两块盘组RAID 0阵列，读取速度就达到了令人发指的4300MB，写入速度也是变态的3600MB。对于游戏玩家来说，几秒钟游戏加载完成，无异于就地起飞！

RAID 1/10
RAID 1 称为镜像，它将数据完全一致地分别写到工作磁盘和镜像磁盘，磁盘空间利用率为50% 。RAID 1 在数据写入时，响应时间会有所影响，但是读数据的时候没有影响。RAID 1 提供了最佳的数据保护，一旦工作磁盘发生故障，系统自动从镜像磁盘读取数据，不会影响用户工作。安全性依照数组里的实体硬盘数量倍数成长，适用于对顺序读写性能要求高以及对数据保护极为重视的应用。

RAID 1 与 RAID 0 刚好相反，是为了增强数据安全性使两块磁盘数据呈现完全镜像，从而达到安全性好、技术简单、管理方便。RAID 1 拥有完全容错的能力，但实现成本高，空间利用率是所有 RAID 中最低的。
操作之前要删掉之前的阵列配置，此时会提示丢失所有数据，因为是做实验嘛，干就是了！

还是选中所有磁盘，下一步。

此时也可以看到RAID 1实际上就是RAID 1+0，因为RAID 1实际上只是两块盘做镜像，当数量多于2并且为偶数时，需要先两两做RAID 1，再通过做RAID 0组合，即RAID 1+0（RAID 10）。

此时的磁盘可用空间为2.18T，是总大小的一半。

安装的时候可以看到磁盘未分配空间是2235GB，大于2TB。

但是安装完成之后就是前面提到的2TB了。

使用ATTO进行顺序读写I/O性能测试。

再使用AS SSD进行I/O性能测试。

然后拔掉一块硬盘进行可用性测试。随即可以看到iLO中有硬盘故障告警。

并且在存储状态中查看，8槽中的磁盘状态为Failed。

使用ATTO进行顺序读写I/O性能测试，好神奇，性能竟然有所提升。

再使用AS SSD进行I/O性能测试，性能也有明显提升。

拔掉5槽位硬盘，系统状态正常。

拔掉2槽位硬盘，系统状态正常。

接下来拔掉4槽位硬盘，阵列故障。

操作系统蓝屏，应该在这种模式下，是1和5、2和6、3和7、4和8两两做的RAID 1，当同时拔掉4和8时，出现阵列无法恢复的故障。

再次进入SSA，提示逻辑卷已经损坏，所有数据已经丢失，真恐怖，看来硬件故障真要命啊！

RAID 2-4
RAID 2、3、4已经很少有实际应用，它们大多只在研究领域有实作。

RAID 2

RAID 2 称为纠错海明码磁盘阵列，其设计思想是利用海明码实现数据校验冗余，实现在bit级别条带化数据。在 RAID 2 中，数据按位存储，每块磁盘存储一位数据编码，磁盘数量取决于所设定的数据存储宽度，可由用户设定。RAID 2 的数据宽度越大，存储空间利用率越高，但同时需要的磁盘数量也越多；一般数据宽度为2^N 的 RAID 2 ，需要 2^N 块数据磁盘和 N+1 块校验磁盘。
海明码自身具备纠错能力，因此 RAID2 可以在数据发生错误的情况下纠正错误，保证数据的安全性。但是，海明码的数据冗余开销太大，而且 RAID 2 的数据输出性能受阵列中最慢磁盘驱动器的限制；再者，海明码是按位运算， RAID2 数据重建非常耗时。现在硬盘的纠错码已经使用了海明码，所以RAID 2不再被使用了。

RAID 3

RAID 3使用奇偶校验磁盘将RAID控制器生成的奇偶校验信息存储在与实际数据磁盘分开的磁盘上，采用一个专用的磁盘作为校验盘。RAID 3 完好时读性能与 RAID 0 完全一致，并行从多个磁盘条带读取数据，性能非常高，同时还提供了数据容错能力。向 RAID3 写入数据时，必须计算与所有同条带的校验值，并将新校验值写入校验盘中。一次写操作包含了写数据块、读取同条带的数据块、计算校验值、写入校验值等多个操作，系统开销非常大，性能较低。
如果 RAID 3 中某一磁盘出现故障，不会影响数据读取，可以借助校验数据和其他完好数据来重建数据。假如所要读取的数据块正好位于失效磁盘，则系统需要读取所有同一条带的数据块，并根据校验值重建丢失的数据，系统性能将受到影响。
当有大量数据请求时，这种RAID类型的性能很差，比如在数据库这样的应用程序中。RAID 3在需要长时间连续数据传输的应用程序(如视频服务器)中表现良好。RAID 3至少需要三个物理磁盘。

RAID 4

RAID 4 与 RAID 3 的原理大致相同，区别在于条带化的方式不同。RAID 4使用专用奇偶校验磁盘以及块级别的磁盘条带化，写操作只涉及当前数据盘和校验盘两个盘，多个 I/O 请求可以同时得到处理，提高了系统性能。RAID 4 按块存储可以保证单块的完整性，可以避免受到其他磁盘上同条带产生的不利影响。
RAID 4 在不同磁盘上的同级数据块同样使用 XOR 校验，结果存储在校验盘中。写入数据时， RAID4 按这种方式把各磁盘上的同级数据的校验值写入校验盘，读取时进行即时校验。因此，当某块磁盘的数据块损坏，RAID 4 可以通过校验值以及其他磁盘上的同级数据块进行数据重建。
RAID 4 提供了非常好的读性能，但是使用专用奇偶校验磁盘会导致写操作的性能瓶颈。有了RAID 5等替代方案，RAID 4的使用并不多。

RAID 5

RAID 5 应该是目前最常见的 RAID 等级，它的原理与 RAID 4 相似，区别在于校验数据分布在阵列中的所有磁盘上，而没有采用专门的校验磁盘。对于数据和校验数据，它们的写操作可以同时发生在完全不同的磁盘上。因此， RAID 5 不存在 RAID 4 中的并发写操作时的校验盘性能瓶颈问题。另外， RAID 5 还具备很好的扩展性。当阵列磁盘数量增加时，并行操作量的能力也随之增长，可比 RAID 4 支持更多的磁盘，从而拥有更高的容量以及更高的性能。
RAID 5 的磁盘上同时存储数据和校验数据，数据块和对应的校验信息存保存在不同的磁盘上，需要额外的运算资源，但仅能忍受 1 个硬盘损毁。与其他 RAID 等级一样，重建数据时，RAID5 的性能会受到较大的影响。

RAID 5 兼顾存储性能、数据安全和存储成本等各方面因素，它可以理解为 RAID 0 和 RAID 1 的折中方案，是目前综合性能最佳的数据保护解决方案。RAID 5 基本上可以满足大部分的存储应用需求，数据中心大多采用它作为应用数据的保护方案。
在设置时，将默认的Strip Size调小了一级进行测试。

逻辑卷的可用容量为3.82T，相当于损失一块盘。

安装时仍然是提示2T空间可用。

使用ATTO进行顺序读写I/O性能测试。

再使用AS SSD进行I/O性能测试。

拔掉1槽位硬盘进行测试。

使用ATTO进行顺序读写I/O性能测试。

再使用AS SSD进行I/O性能测试。

再拔掉3槽位硬盘进行测试。

拔掉两块盘时，虽然系统没有蓝屏，但是从iLO中查看，逻辑卷已经是Failed状态了。

再拔掉6槽位硬盘，开始系统没有蓝屏，但是在系统中操作时系统蓝屏。

所以RAID 5应该是能允许1块盘故障，并且还能撑一会，所以硬盘短暂异常应该对业务影响较小。
对本次测试结果进行总结，同时对关键参数进行优选，结果如下。

介于篇幅限制，剩余RAID等级评测将在下篇文章进行介绍。
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