而硬碟越多，速度真的越快嗎？

通常 NAS 陣列會有的傳輸變因有：機器 CPU 瓶頸、網路傳輸速度、使用的陣列模式，和硬碟數量，這次要比較單純硬碟數量與速度間的關聯性，因此會有兩個問題：

1. 硬碟越多真的陣列速度越快嗎？
2. 多少個硬碟 RAID 0 能吃滿 10Gbps 網路？

如果要探討速度，選擇來測試的 RAID 格式莫過於循序式 (stripe) 寫入的 RAID 0 格式
因此我們的實驗變因就是硬碟數量，有 1、2、4、6、8 三種 RAID 0 陣列實驗組
同時也加入了常用的 RAID 1 x 2 顆硬碟，與 RAID 6 x 4 顆硬碟這兩種組合來當作比較

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這系列文章主要是我對於 SSD / HDD 硬碟 x 數量 x 陣列 x 模式等幾個在 NAS 環境中常見的變因做的小研究測試，目前有以下這幾個比較實驗，實驗都自己設計、測試了很久，也歡迎到粉專：https://www.facebook.com/garynil.tw/ 點讚支持追蹤看後續更多的奇怪實驗～

• 硬碟越多，速度真的越快嗎？
• 10GbE RAID 大亂鬥，RAID 0 / RAID 5 / RAID 6 / RAID 10 常用的 RAID 速度差多少

▼ 而這次測試主要使用的硬碟是前陣子 Western Digital（WD）更新 NAS 產品線的 WD RED PLUS 家族，RED PLUS 14T WD140EFFX，CMR 技術，主要有 RED 和 RED PRO 兩種產品線都推出 14T 的超大容量，而要能承受這麼大容量的硬碟，通常設計是使用 HelioSeal（氦氣密封充填）技術，RED PLUS 14T 是使用 5400 RPM Class 轉速主軸馬達，而 Red Pro 才是 7200 RPM Class 轉速比較可惜，快取記憶體均比其他容量大上兩倍，使用 512MB 快取增進效能。
官方網頁：https://shop.westerndigital.com/zh-tw/products/network-attached-storage/wd-red-sata-hdd#WD140EFFX

▼ 另外 WD RED PLUS 就是設計來試用 NAS 這種多硬碟會產生共振的環境的，NASware 3.0 採用 3D Active Balance Plus 雙面平衡控制技術以及旋轉震動感應器做出震動的修正補償來改善穩定度，提升多組硬碟間的相容性，也減少噪音增加穩定度。

▼ 此外 WD RED PLUS 也是設計給全年無休 24×7 的運轉使用，MTBF（Mean Time Between Failures）有 100 百萬小時，Workload Rate 則是 180 TB/年，換算下來可以以平均 0.5T / 天來估計自己的用量，並具有 3 年保固。

測試平台

實驗過程中，我以同樣設備、同樣實驗條件皆跑過 3~5 次取平均數據。設備部分選擇 10G 網路搭配 TB3 避免造成傳輸瓶頸。
我們的測試項目有一般常見的 1. Benchmark 軟體、2. 常見的拖拉複製動作，以及 3.使用指令及專業工具複製這幾個項目

測試平台

• MacBook Pro 2018 15″ 2019 i9 (macOS 10.15.5)
• 透過 Thunderbolt 3 轉 AKiTiO T3-10G
• Synology NAS DS1819+ 搭配 10G 網卡 E10M20-T1 （使用 8G 記憶體）直連
• 硬碟使用：WD RED PLUS WD140EFFX 14T

▼ 測試平台以常見的 MacBook Pro 15″ 為主，NAS 端則是選擇 Synology 家用 8 Bay 機種 DS1819+ 搭配 10GbE 網卡。硬碟部分為了不產生 bottleneck 也模擬最快的硬碟可能性，這次選擇 NAS 專用硬碟： WD RED PLUS 系列中最大容量 WD140EFFX 14TB 大硬碟來測試。

首先先以 BenchMark 軟體來基準測試 SMB 存取速度，測試方式以掛載 SMB 於 macOS 中直接跑軟體測試

▼ Benchmark 總結果圖：BlackMagic 與 AJA 1G 的測試如之前的測試都沒吃滿記憶體 buffer，因此在讀取表現上沒有顯著差異。寫入部分則是有隨著數量增多成長的趨勢，待下圖說明

實際應用

隨機碎檔測試（單位：秒）

我也以實際傳輸做測試，這個小測試中是以 SMB 分別傳輸很零碎的 iOS 備份檔案，單檔約落於 1~3KB 間，共有 10GB 百萬個隨機碎檔。結果表現上以 RAID 0 四顆硬碟結果最差，不過也另外對照了 CrystalDiskMark 的 Q32 4K 寫入並沒有顯著差異，不確定這個影響因素為何

影音大檔測試（單位：秒）

另外也傳輸會超過 NAS 內建快取 Buffer 的影音大檔，也是一般人常見的傳輸情境

在表現上以 RAID 0 四顆硬碟時間最短表現最佳，硬碟數越多則沒有明顯差距，可見雖然跑分軟體表現出硬碟數量越多速度越快，但實際應用還是要看各種傳輸協定受到各種因素干擾後才准。

多少個硬碟組 RAID 0 能吃滿 10Gbps 網路？

▼ 而使用 AJA 測試 64GB 最大檔案時，硬碟數量越多（1 -> 2 -> 4 -> 6 -> 8）寫入速度也隨之越快，最高可達 770 MB/s 左右。但考慮到測試環境是以 10Gbps 當作傳輸頻寬，770 MB/s 並沒有吃滿。以目前 2020 這世代的 Synology 主流 CPU 來說，大概用 4 顆 HDD 就可以吃滿 NAS 能承受的寫入速度 770 MB/s，再提升上去比較沒什麼意義，提供參考

硬碟越多真的陣列速度越快嗎？

▼ 當然在 AJA 64GB 測試之下的寫入與讀取都能體現出硬碟越多速度越快的這個趨勢（圖右），寫入（如上圖）大概 4 顆就會卡瓶頸了，而讀取的表現則是 8 顆能達到 10Gbps 的最大頻寬（約 900 MB/s，考慮到各種變因耗損）

和常用的 RAID 模式相比呢？

▼ 拿出 RAID1 (2 顆硬碟，紅) 與 RAID6 (4顆硬碟，粉紅) 這兩個與 RAID 0 相比：
RAID 1 (2顆硬碟) 果然與理論中一樣，速度與 單顆硬碟（BASIC 藍）相同，落於 211 MB/s 也就是與 WD RED PLUS 硬碟原生速度相等
而常見 4Bay 以上的 RAID 6（4 顆硬碟，粉紅），落於 520 MB/s 與 RAID 0 （2顆硬碟，綠）相同。
所以如果想顧及資料安全，又考慮速度的人，可以參考這個表去構建自己的 RAID 模式來進行影音編輯

總歸來說，RAID 速度會隨著硬碟數量增加而更佳，RAID 0 讀取表現在 8 顆剛好吃滿 10Gbps 的傳輸速度，但寫入容易因為 CPU RAM 等各種硬體限制沒有那麼佳的表現，四顆以上就沒有啥顯著差異了。

這篇文章 [實測] NAS 上硬碟數量與速度的正相關性？ 最早出現於 Gary's ...Lasamia。

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RAID 科普

開始測試之前，先了解 RAID。
RAID 有很多種，主要常見家用會用到的大概有 RAID 0 / RAID 1 / RAID 5 / RAID 6 / RAID 10 這幾種，以下簡單介紹一下，想了解更清楚歡迎參考 WiKi

• RAID 0：
  將資料拆開以序列式 (Stripe) 在兩顆硬碟中平均分布資料，無備份功能，壞一顆則壞全部。
  最少需 2 顆硬碟，追求最大容量、速度
  4 個 HDD 之下陣列大小為 4 x 單顆容量

• RAID 1：
  鏡向式 (Mirror) 分布資料，追求安全性，最少需 2 顆硬碟，常見於 2 Bay 的組合應用
  4 個 HDD 之下陣列大小為 2 x 單顆容量

• RAID 5：
  最小需求硬碟數為 3 顆，多增加1 Bay 空間大小為奇偶效驗訊息用，追求最大容量
  4 個 HDD 之下陣列大小為 (N-1, 4-1) x 單顆容量

• RAID 6：
  最小需求硬碟數為 4 顆，多增加 2 Bay 空間大小為奇偶效驗訊息以增加安全性，因為最多可壞 2Bay 因此較 RAID 5 更為安全
  4 個 HDD 之下陣列大小為 (N-2, 4-2) x 單顆容量

• RAID 10

  綜合 RAID 0, 1 優點，先照 RAID 0 分成兩組，再分別在兩組內以 RAID 鏡向式分布資料
  4 個 HDD 之下陣列大小為 (4-2) x 單顆容量

對於容量計算上較不熟悉的使用者，很推薦使用「 Synology 官方提供的 RAID 容量計算器」來估算：https://www.synology.com/zh-tw/support/RAID_calculator

測試平台

實驗過程中，我以同樣設備、同樣實驗條件皆跑過 3~5 次取平均數據。設備部分選擇 10G 網路搭配 TB3 避免造成傳輸瓶頸。
我們的測試項目有一般常見的 1. Benchmark 軟體、2. 常見的拖拉複製動作，以及 3.使用指令及專業工具複製這幾個項目

測試平台

• MacBook Pro 2018 15″ 2019 i9 (macOS 10.15.5)
• 透過 Thunderbolt 3 轉 AKiTiO T3-10G
• Synology NAS DS1819+ 搭配 10G 網卡 E10M20-T1 （使用 8G 記憶體）直連
• WD RED PLUS WD140EFFX 14T x 4

測試平台以常見的 MacBook Pro 15″ 為主，NAS 端則是選擇 Synology 家用 8 Bay 機種 DS1819+ 搭配 10GbE 網卡。硬碟部分為了不產生 bottleneck 也模擬最快的硬碟可能性，這次選擇 NAS 專用硬碟： WD RED PLUS 系列中最大容量 WD140EFFX 14TB 大硬碟來測試。

▼ WD RED PLUS 14T WD140EFFX 採用 NASware3.0 技術，轉速為 5400 RPM Class，最高速可達 210 MB/s。

Benchmark 評測軟體與方式

評測方式我以 Blackmagic Disk Speed Test / AJA System Test 兩套跨平台速度評測軟體做測試，兩者皆在 macOS 10.15 中掛載 10Gbps SMB 磁碟直接跑分。Blackmagic 以預設 5GB 大小測試。AJA Test 設定以 1G 及 64G 10 bit YUV UHD 大檔分別做測試，並記錄三次讀寫底下最佳表現的數據

▼ 實際檔案傳輸測試則是掛載 10GbE SMB 資料夾並拖拉四個 10GbE 的藍光 MKV 檔（共計 40GB）測試並記錄傳輸時間，同時也以 iStat Menus 圖表觀察傳輸的最大速度

在以下個測試結果中，我們就這幾個組合來探討：

• RAID 0 vs RAID 5 vs RAID 6
• RAID 6 vs RAID 10
• RAID 5 vs Synology SHR
• RAID 5 vs RAID 6

RAID 0 vs RAID 5 vs RAID 6

Benchmark 總結果圖：

讀取表現
▼ RAID 0 / RAID 5 / RAID 6 的讀取在 benchmark 軟體上都差不多，主要是因為記憶體快取沒用盡的關係。如果測試大檔（如 AJA 64G 的測試）就可以看出實際的存取速度在組別間顯現出差異。趨勢也由 RAID 0 > RAID 5 > RAID 6，主要是因為 RAID 0 沒有安全機制並為序列寫入，因此效能表現最佳。不過即使 RAID 5 比不上 RAID 0，也還是有 5Gbps 的表現。

寫入表現

實際傳檔測試
▼ 當然跑跑 benchmark 軟體沒辦法瞭解實際情境，我也在 macOS 中以複製貼上至 SMB 磁碟來模擬傳檔測試，測試的檔案為四個剪輯過加起來剛好 40G 大小的 MKV 藍光 UHD 影片檔，測試一次傳四個，以及一次一個兩種情境，並以 iStat Menus 波形圖紀錄最高速度。

RAID 0 vs RAID 5 vs RAID 6 的結果也如 AJA 64G 測出來的趨勢相當，RAID 0 最快、RAID 5 次之（RAID 0 > RAID 5 > RAID 6）。
RAID 0 在消耗完快取的表現也能達到 870 MB/s 的最大速度表現，幾乎吃滿了 10GbE 的速度。
而 4 顆硬碟之下的 RAID 5 表現大約約 600 MB/s，這點剛好可以以現今開始普及的高速網路（10GbE、5GbE、2.5GbE）來討論，

RAID 5 600 MB/s 的表現換算 4.8 Gbps 以現行 5G 網路來說很剛好，而即使是 RAID 6、SHR 等其他格式，也大約有接近 5Gbps 的水準，所以如果有預算考量的人也可以選擇 5 Gbps 的網卡選項。

RAID 6 vs RAID 10

RAID 6 相對 RAID 10 較為安全一些，主要因為 RAID10 原理是先鏡射再分割資料，但是由於是分成兩組硬碟，所以如果你死的硬碟都在同一組，那就救不回來了。但相比之下 RAID 6 是將額外的空間當作奇偶效驗信息，所以你可以隨意死兩顆硬碟。

▼ 特別是在 AJA 64G 大檔上的讀取及寫入速度， RAID 10 比 RAID 6 有寫入 2 倍、讀取 3 倍的速度提升，RAID 10 的優勢如此明顯也蠻意外的，甚至速度還比 RAID 5 還優，在這三者的選擇上就看你要選安全還是速度了

• 容量上：RAID 6 與 RAID 10 相等

• 速度上：RAID 10 大勝 RAID 6（甚至優於 RAID 5）

• 安全性上：RAID 6 比 RAID 10 稍好

RAID 5 vs Synology SHR (1)

SHR 是 Synology 自家推出的自動化磁碟陣列 (RAID) 管理系統
有兩種模式，SHR 與 SHR2。SHR 主要容量計算方式與 RAID 5 一樣為 N-1，另外 SHR 的特色就是可以方便的擴容硬碟（參考：https://www.synology.com/zh-tw/knowledgebase/DSM/help/DSM/StorageManager/storage_pool_expand_add_disk），所以對於新手來說還是個相對友善許多的 RAID 格式

當然就會有許多人好奇既然 SHR 與 RAID 5 容量定義上相仿，那 Synology SHR 和 RAID 5 效能上誰勝誰負？

▼ 寫入速度的部分 SHR 比 RAID5 有著些許小優勢，不過其實差異算是不大

▼ 讀取速度的表現在 10GbE 測試之下 SHR 可以跑滿接近 950 MB/s 的表現，大檔（耗盡記憶體快取）的表現之下也有 500 MB/s 以上的表現，個人是覺得以測試結果而言 SHR 比 RAID 5 快了一些些，但表現上差距不大，選擇自己偏好的就可以了

• 容量上：SHR 與 RAID 5 相等
• 速度上：SHR 小勝 RAID 5
• 安全性上：相等
• 彈性上：SHR 可調整性 > RAID 5

RAID 6 vs Synology SHR-2

而 Synology SHR-2 與 RAID 6 則是相仿，都是以額外兩顆硬碟作為奇偶效驗訊息，容量計算通常為 N-2 顆硬碟大小，相對 SHR1、RAID 5 較為安全。

▼ 寫入速度的表現，兩者相當，SHR-2 有比 RAID 6 稍快一些但不明顯。

▼ 讀取速度則是兩者有明顯差異，RAID 6 比SHR-2 快上兩倍，另外以 CrystalDiskMark 測試也是有同樣趨勢（QD32 RAID 6：1084 MB/s vs SHR-2 814 MB/s），SHR2 在此種情境下會有讀取較慢的表現，不確定是不是官方這部分沒優化好。

▼ 實際傳輸大檔的表現在兩者之間的差異不明顯，差距都在 10 秒內，令人匪夷

• 容量上：SHR2 與 RAID 6 相等
• 速度上：依照不同情境有不同表現
• 安全性上：相等
• 彈性上：SHR2 可調整性 > RAID 6

RAID 5 vs RAID 6

RAID 5 與 RAID 6 一直是 4Bay 以上使用者相互比較的一個熱門重點，兩者最主要差異就是速度與安全性上多拿幾 Bay 空間來當作奇偶效驗信息的差異（另外也加入了類似的 SHR、SHR-2 作為參考）

▼ 實際測試 Blackmagic 的短暫寫入/讀取結果 RAID 6 竟然比 RAID 5 表現稍好，可能檔案媒體向性不同的寫入模式之下還是有不同的表現。但 AJA 64G 測試的部分則是符合我們既定的印象： RAID 5 的寫入速度優於 RAID 6、讀取也是 RAID 5 優於 RAID 6 。

▼ 因此我們研究一下實際傳檔的寫入表現，如果我們實際傳一個 40G 的藍光大檔，就可以體現出 RAID 5 速度上的優勢了。
RAID 5 在時間表現上僅需 80 多秒，但 RAID 6 比之多花了約 40% 的時間，最大速度僅有 460 MB/s 的表現。RAID 5 則能表現到 600 MB/s。

▼ 讀取部分在短暫寫入測試表現中會因為 NAS 記憶體快取的影響，表現上都差不多接近 10G 的極限值。但 AJA 64GB 大檔測試則是能測出真實速度，RAID 5 也如我們傳檔表現一樣比 RAID 6 多了 40 % 左右的速度（最右圖：465 MB/s vs. 320 MB/s）

• 容量上：RAID 5 比 RAID 6 多了 1 Bay 的空間可使用
• 速度上：RAID 5 小勝 RAID 6
• 安全性上：RAID 6 容錯程度比 RAID 5 多一槽機會

總而言之，這幾個比較組的研究著實有趣。比較意外的是 SHR-2 和 RAID 6 間的數據比較凌亂，看不出趨勢。其他都有如之前的觀念區是相仿。不過就結論老話一句，資料重要的話還是選 RAID 6 為主，要以速度為主可以考慮 RAID 0 或 RAID 5。

這篇文章 [實驗] 10GbE 與 RAID 大亂鬥，RAID 0 / RAID 5 / RAID 6 / RAID 10 速度差多少 最早出現於 Gary's ...Lasamia。