关于raid5的一系列问题

前几天我的一个同事在对计划采购的存储进行测试，期间聊到了raid5的话题,我和他的意见产生了分歧。他的说法是raid5不能挂太多盘是因为如果挂太多盘写惩罚会非常严重导致性能下降。而我的观点则是对于raid5来说，磁盘越多性能越好，不能挂太多盘是因为容错性下降的原因。

首先，先明确raid5的写惩罚是怎么一回事。我们都知道raid5的特点是N+1的冗余方式，N越大，冗余度越低，而且我们也都知道raid5会把校验信息打散在各个磁盘。这么做的目的当然不是为了好玩，而是为了避免出现校验盘争用的现象。

raid3采用的校验盘放在一起，当两个命令同时对磁盘进行操作的时候，就需要同时操作校验条带。如果这两个操作不属于同一个条带。那么这两个操作就不能同时进行，也就是出现了校验盘争用的现象导致了校验盘瓶颈。

现在问题来了，raid5是如何写入数据的，这个问题直接决定了写惩罚的原理。

raid5的写入情况分成3种：

1.要写入的数据布满整个条带。这种情况可以把要写入的数据的校验信息算好，直接把整个条带写入磁盘。

2.要写入的数据大于半个条带。这种情况可把这个条带上不需要修改的数据读出来，和要写入的数据一起计算校验，并写入磁盘。rcw：read-construct-write，这个是重构一个stripe_head

3.要写入的数据小于半个条带。这种情况需要把要修改的旧数据和原始的校验数据读出来，并连同新数据一起计算校验值。rmw：read-modified-write，这个是覆盖写的方式 

4.同样开支采用rcw方式

5.EC纠删码仅使用rcw方式进行，在"小写"的时候所有速度慢

计算公式是 新校验= 老数据 XOR 新数据 XOR 老校验

证明比较简单：

假设原来的校验c=i[0] xor i[1] xor i[2]....xor i[n]

我要把i[0]修改为i1[0],那么c1=i1[0] xor i[1]....xor i[n]

因为 1 xor 0=1  0 xor 0=0 因此 i xor 0=i

得出 c1=i1[0] xor i[1]...xor i[n] xor 0

我们把0换成i[0] xor i[0],c1=i1[0] xor i[1]..xor i[n] xor (i[0] xor i[0])

因为xor 满足结合律，所以c1=x1[0] xor i[0] xor (i[0] xor i[1]...xor i[n])=x1[0] xor x[0] xor c

这个计算公式得到的结论是，在我写入一个segment的时候，不管这个raid有多少块盘组成，我只需要操作两个盘。一个是校验盘，一个是要写入的磁盘。对于这两块盘操作是并发的，可以同时进行。而写惩罚的意义，就在于我需要先把数据读出来，再写入。

正因为如此，在有n块盘的时候，想在不同条带下同时写入数据的并发成为可能。当然前提是每个随机数据并不要太大，占据大部分条带。对于典型的随机读写数据来说，4k是一个比较常见的大小，而raid5的条带深度往往大于4k。因此可以保证每个随机读写都占据了一个segment。在这种情况下可以想象，最大的并发数量是n/2，即每个数据的数据和校验同另外一个数据和校验的segment所处的磁盘都不同。而增加磁盘就相当于增大并发的峰值或者增大并发的概率。这个是单凭直觉就能想到的。因此不管原来有多少块盘，增加磁盘的数量对于随机写来说始终是有利的。

对于大块连续写入，因为都是整个条带写入，n值的升高更能提高写入效率，而不需要考虑概率的影响。