回答复杂的配置问题，例如确定广泛使用的 4 盘位网络附加存储 (NAS) 系统的最佳 RAID 配置，一直是最新的项目之一。.
东芝位于杜塞尔多夫的硬盘创新实验室
选择合适的 RAID：
各行各业的大型企业和中小企业都使用 NAS 系统在网络上存储数据，并方便地访问文件。这些系统包含多个硬盘驱动器 (HDD)，通常采用 RAID（独立磁盘冗余阵列）配置。根据所选配置，RAID 技术可以通过奇偶校验或镜像等功能提高数据冗余度，从而提供更高的系统弹性并有可能提升性能。
单盘位或双盘位NAS系统的配置相对简单：单盘位系统使用一块硬盘，不进行磁盘冗余；双盘位系统使用两块硬盘，并采用数据镜像（RAID 1）。然而，流行的四盘位NAS系统提供了多种配置选项。配置的选择，或者说四盘位NAS系统的最佳RAID配置，很大程度上取决于具体的使用场景。为了解决这个问题，硬盘创新实验室进行了一项严格的评估。.
在东芝硬盘创新实验室设置 Asustor AS5404T NAS
东芝合作伙伴华硕提供了一台 AS5404T NAS 系统，这是一款四盘位 2.5GbE 网络连接的 NAS 设备，支持最多四个 M.2 SSD 用于缓存。然而，由于本次评估项目的目标是测量 HDD 阵列在持续数据流应用中的基准性能，因此缓存选项被排除在外。但需要注意的是，SSD 缓存可以提升短时突发数据或重复读取同一位置时的随机性能。最终，持续性能取决于 HDD 的速度和所选的 RAID 配置。.
安装两块 256GB M.2 NVMe SSD 组成 RAID 1 阵列，创建 Pool1。Pool1 用于操作系统，而随后安装的 HDD Pool2 则用于存储用户数据。这种配置确保操作系统对磁盘的操作不会干扰存储工作负载。.
为了进行测试，实验室为4盘位NAS系统（AS5404T）配备了四块8TB东芝N300硬盘。实验室评估了三种最常见的四盘位配置：RAID 5、RAID 6和RAID 10。.
对于每种 RAID 配置，实验室在 NAS 上配置了一个 HDD 存储池，等待初始化完成，然后创建了一个厚置备 iSCSI 块存储目标，使用了可用池大小的 80%。其中一个 iSCSI 目标通过 2.5GbE 网络接口连接到应用服务器，并创建了一个 Windows 逻辑驱动器，填充了 2TB 的测试数据。在第二轮基准测试中，在 HDD 池中创建了两个 iSCSI 目标，并使用独立的 2.5GbE 连接将它们连接到应用服务器，充分利用了 AS5404T 的全部网络带宽（该设备有两个 2.5GbE 端口）。.
评估了三种类型的工作负载：以 1MB 为单位的顺序读写和混合随机读写任务。.
已测试的 RAID 配置：
根据 NAS 系统的具体需求，可以在各种 RAID 配置中实施三种技术。顾名思义，“镜像”是指将数据复制到多个磁盘，从而确保数据冗余。“条带化”则是将数据分布在多个磁盘上以提高性能。“奇偶校验”是一种计算式错误检查方法，可提供数据冗余。如果某个硬盘发生故障，NAS 系统会重建丢失或损坏的数据。
RAID 5：
在 RAID 5 中，数据分布在三个磁盘上，第四个磁盘包含奇偶校验信息，以便在某个磁盘发生故障时进行数据重建。这种配置可提供 75% 的存储效率，使用四个 8TB 磁盘可提供 24TB 的可用空间。虽然读取速度很快，但由于需要计算和写入奇偶校验信息，写入速度可能会降低。在重建过程中，所有奇偶校验信息都必须重新计算，这是一个资源密集型过程。
RAID
6 通常用于六块或更多磁盘的 RAID 阵列，它存储两条奇偶校验条带，使 NAS 系统能够容忍两块硬盘的故障。这在重建先前损坏的硬盘时，如果第二块硬盘也发生故障，则非常有用。如果仅使用四块硬盘，存储效率会降至 50%，总可用容量为 16TB。即使对于只有四块硬盘的系统，更高的随机硬盘故障容错能力也可能使其成为一种合理的选择。
RAID 10：
RAID 10 配置通过将数据复制到成对的磁盘上，然后分布这些副本来实现冗余。这避免了资源密集型的奇偶校验计算，但代价是存储效率降低，最终可用容量为 16TB。RAID 10 还可以容忍两块磁盘发生故障，但前提是这两块磁盘不能属于同一对副本磁盘。
确定最佳配置
实验室测试表明，“最佳”配置取决于用户的主要目标：容量、保护或性能。
在使用单条 2.5GbE 连接的测试中，RAID 5 和 RAID 10 的顺序写入性能受限于网络带宽（约 290 MB/s）。由于需要进行双重奇偶校验计算，RAID 6 的顺序写入性能略低。在随机混合工作负载下，RAID 10 的性能最佳，其次是 RAID 5，最后是 RAID 6。.
建议如下：
- 若要获得最大容量，请使用 RAID 5，它可在保证合理速度和数据保护的前提下，提供 75% 的存储效率。-
若要获得最大数据保护，请使用 RAID 6；但由于其能够容忍两块硬盘同时发生故障，因此会牺牲速度和容量。-
若要获得混合工作负载下的最佳性能，请使用 RAID 10，但这需要在容量和数据保护方面做出一些妥协。
评估还探索了使用 2.5GbE 连接时 4 盘位 NAS 系统的性能极限，克服了网络带宽限制。.
RAID 5、RAID 6 和 RAID 10 的测试结果趋势相同：RAID 5 容量最大，RAID 6 数据保护最佳，RAID 10 混合工作负载最佳。然而，实验室发现了一种高级配置，可提供最佳的顺序性能。.
释放最大性能
：硬盘在顺序操作时性能最佳；如果在同一个硬盘池中拥有两个 iSCSI 块，同时访问这两个块会导致频繁寻道。使用两个独立的 RAID 1 池可以避免这种情况。AS5404T 支持这种配置，可以防止频繁寻道。实验室为每个池创建了一个 iSCSI 块，并使用独立的 2.5GbE 接口将它们连接起来。
采用双 2.5GbE 连接的 2xRAID1 配置，该 NAS 系统实现了 522MB/s 的顺序写入速度和 572MB/s 的顺序读取速度。这一性能超越了 RAID 10，并达到了 2.5GbE 的理论带宽。如果网络和应用支持多个逻辑存储实体，则此配置可在保持与 RAID 10 类似的安全性和容量效率的同时，提供最佳性能。.
电源和散热：
在睡眠模式下，由于无法访问存储设备或 NAS 图形用户界面，功耗基本与 NAS 处理单元的功耗相同，为 20W。在满负荷数据处理期间，功耗在 50W 到 60W 之间。这两个数值都非常出色，有助于提高能源效率和可持续性。
AS5404T 的散热系统即使在高负载下也能将内部硬盘温度保持在 50°C 以下。虽然硬盘在 45°C 以上时长期可靠性会下降，但长时间的空闲或睡眠状态（温度较低）有助于缓解这种影响。然而，为了确保硬盘在持续满负荷运行时保持足够的低温，从而最大限度地提高可靠性并最大限度地降低故障概率，环境（外部）温度不应超过 23°C。.
结论：
Asustor AS5404T 4盘位NAS系统配备四个东芝N300硬盘，提供高容量、稳定的性能和有效的硬盘故障保护。
使用单个 2.5GbE 端口时，RAID 5/6/10 配置会使网络达到饱和（约 250 MB/s）。使用两个端口时，吞吐量可达 350 MB/s 至 400 MB/s。使用两个 RAID 1 池可实现超过 500 MB/s 的吞吐量，这已是双 2.5GbE 端口的理论极限。.
该设备的功耗相对较低（睡眠模式下为 20W，活动模式下约为 50W），散热效果良好，可将硬盘温度保持在长期可靠性所需的推荐范围内。.
东芝硬盘创新实验室可为有兴趣进行自身测试或评估配置的业务合作伙伴提供支持。.
作者：Rainer W. Kaese，东芝电子欧洲有限公司硬盘业务发展高级总监
