软件RAID还是硬件RAID？2026年该选哪一种

RAID（独立磁盘冗余阵列）技术，是将多块磁盘驱动器整合为阵列或RAID卷的方式，核心是把数据分散（条带化）存储在不同驱动器上。借助多块磁盘的吞吐量来访问数据集，RAID能提升性能；而通过为数据集添加校验信息，或是将一组磁盘的数据镜像到另一组，又能增强数据的可靠性和可用性。这在磁盘发生故障时，能有效避免数据丢失或应用停机。

RAID技术已问世数十年，在搭配中等容量机械硬盘（HDD）的传统配置中应用广泛、为人熟知。但存储行业发展迅猛，2024年的各类新型存储技术，也给RAID带来了诸多新挑战。

机械硬盘的容量逐年攀升，校验型RAID的可靠性却随之下降。究其原因，是磁盘故障后的数据重建耗时变得越来越长。如今单块20TB以上的硬盘，重建数据可能需要数周时间，而在这段高负荷的重建期内，阵列中另一块磁盘出现故障的概率也会大幅增加。

另一个打破现状的技术是NVMe。这类驱动器带来了吞吐量的飞跃，却也需要大量的计算资源来完成校验信息的计算，以及故障后的磁盘重建。这也是NVMe搭配RAID的实现过程并非易事的原因之一。

当NVMe通过网络连接时，复杂度又上了一个台阶。瞬时的网络问题很难与磁盘I/O错误区分开来，开发人员必须对RAID的逻辑进行调整，以适配这种网络部署模式。

上文的图表展示了服务器中NVMeRAID重建时的状态——即便是性能极强的128核CPU，也会有大量核心因校验信息的重新计算而被占满至100%。

硬件RAID控制器

多家厂商都推出了实现RAID功能的硬件产品，其具体实现方式因支持的协议不同，存在显著差异。SATA磁盘的性能、延迟和扩展要求最低，这让硬件RAID逻辑的集成难度也更小。如今大多数主流计算平台，都在主板的南桥芯片中集成了SATARAID支持，且相关管理功能可在BIOS中实现。

硬件RAID的应用，历来与SAS协议联系最为紧密——毕竟RAID最初就是在数据中心普及的，而彼时SCSI协议在数据中心中占据主导地位（本文暂不讨论网络附加存储，相关内容会在文末提及）。对于SAS磁盘而言，硬件RAID通常是最贴合的解决方案，当然也存在一些特殊情况。硬件RAID之所以适用于SAS环境，主要得益于以下几项特性：

1.SAS磁盘需专用主机总线适配器：与SATA不同，SAS磁盘的连接功能并未集成在芯片组中。即便是自带SAS接口的服务器，也依赖独立的SAS控制芯片。既然已经为连接功能投入成本，将RAID计算任务也交由该芯片处理，无疑是合理的选择。

2.配备外部端口：SAS适配器的型号繁多，多数产品既带有连接服务器背板的内部端口，也配备了连接SAS磁盘扩展柜（JBOD）的外部端口，部分产品则两者兼具。这为部署带来了极高的灵活性，也提升了系统的扩展能力——单块适配器理论上可连接数百块SAS磁盘，并将其纳入RAID卷的组成部分。

3.自带写入缓存：大多数磁盘会划分一部分板载内存作为回写缓存。利用内存缓冲写入操作，能显著提升磁盘性能，却也会牺牲一定的可靠性。一旦发生紧急断电（EPO），易失性内存缓存中的数据会丢失，进而可能导致数据损坏或丢失（目前该领域已有新技术出现，利用机械硬盘上的NAND闪存来保存缓存数据，但这一特性仅适用于最新款的大容量机械硬盘）。出于数据丢失的风险考量，大多数环境中都会禁用机械硬盘的回写缓存。而硬件RAID适配器则能在不增加数据风险的前提下，提供回写缓存功能。和磁盘类似，适配器可划分部分板载内存作为缓冲以提升写入性能，同时还能为适配器配备电池备份单元（BBU），在紧急断电时保护缓存中的数据。

4.兼容性出色：硬件RAID基本实现了即插即用。所有配置信息都存储在适配卡中，磁盘管理功能可在主机操作系统启动前，通过适配器的BIOS进行操作。这意味着主机系统会将RAID卷识别为物理磁盘，既降低了操作系统的管理开销，也让硬件RAID能与几乎所有操作系统兼容。

而就NVMe而言，目前市面上的硬件RAID方案选择十分有限。三大主流硬件RAID厂商中，仅有一家推出了NVMeRAID的实现产品。尽管该产品具备SASRAID卡的一些经典实用功能，却在应对多块NVMe磁盘的高性能需求时力不从心，甚至可能成为系统性能的瓶颈，具体原因如下：

-ASIC芯片的IOPS上限：即便是最新的RAID控制芯片，其可处理的IOPS（每秒输入/输出操作数）也存在上限。如今主流的PCIe4.0NVMe固态硬盘，单块性能就能突破100万IOPS，仅3-4块这样的磁盘，就可能将RAID适配器的性能占满。

-PCIe带宽瓶颈：RAID适配器位于磁盘与CPU之间的PCIe总线上，系统性能会受限于单个PCIe插槽的带宽。

-延迟增加：NVMe技术成功的关键因素之一，就是低延迟。这得益于磁盘直接连接到PCIe总线，固态硬盘与CPU之间没有任何中间设备，从而能保证尽可能低的延迟。而在磁盘与CPU之间增加硬件层，会引入额外延迟，抵消NVMe的这一核心优势。

软件RAID

为主机系统实现RAID功能的另一种方式，是使用软件RAID或卷管理器。这类产品能提升服务器存储分配的灵活性，同时赋予数据可靠性和性能优化的特性。市面上的相关产品种类繁多，且大多与特定操作系统绑定。这也是软件RAID的一大短板——不同操作系统间的数据迁移会变得更为困难，也对存储管理员的专业技能提出了更高要求。

软件RAID的实现形式各有不同，既有Linux内核中的mdraid这类轻量的抽象层产品，也有Veritas、LVM、StorageSpaces这类功能丰富的大型卷管理器，还有ZFS、btrfs这类集成了RAID功能的文件系统。尽管形式多样，这些软件RAID方案仍有一些核心共性：

1.利用主机资源（CPU和内存）来提供数据服务；

2.与操作系统绑定（Veritas等少数产品除外，大多数软件RAID仅支持有限的几种操作系统）；

3.灵活性高、功能丰富，通常与底层硬件解耦，可支持多种类型的存储设备，甚至能在同一个RAID组中混合使用不同设备。

软件RAID的核心优势在于灵活性。只要操作系统能将底层存储设备识别为磁盘驱动器，软件RAID就能对其进行管理。同一套软件，既能对接本地的SATA、SAS、NVMe、甚至USB协议设备，也能支持光纤通道（FC）、iSCSI等网络块存储，以及新一代的NVMeoverFabrics（NVMeoF）目标设备。

主机资源占用和性能表现，是软件RAID面临的主要问题。在性能方面，大多数软件RAID产品搭配机械硬盘时表现良好（但大容量磁盘的重建耗时依然很长，若对重建速度有严苛要求，就需要考虑散列RAID等更先进的技术），搭配固态硬盘时开始出现性能瓶颈，而面对NVMe时，性能则会大打折扣。这主要是因为这些软件的代码库，最初是为机械硬盘的性能水平设计的，无法适配NVMe所带来的高并行度、超大IO操作量和吞吐量。不过也有一个值得关注的例外——XinnorxiRAID，这款产品从设计之初，就针对NVMe和其他固态硬盘进行了优化。

在主机资源占用方面，大多数软件RAID产品处理机械硬盘级别的吞吐量，以及RAID1、RAID10这类简单的RAID逻辑时，不会对主机系统造成明显影响。但当面对每秒数十万甚至数百万的IOPS，以及数十GB的吞吐量时，软件RAID就会消耗大量主机资源，甚至可能抢占业务应用的资源。而xiRAID则利用了现代x86CPU中一项并不常用的特性——高级矢量扩展指令集（AVX），并采用了无锁架构，能将计算任务均匀分配到各个CPU核心。这一方案经过了数年的研发打磨，效果十分显著：即便面对每秒数千万的IOPS，也能实时计算RAID校验信息，且对主机资源的影响微乎其微。同时，该方案还能在磁盘故障时实现快速的RAID重建，最大限度缩短数据丢失风险升高和性能下降的窗口期。

优缺点对比

硬件RAID

优点：

-跨操作系统兼容；

-配备带电池备份的写入缓存；

-管理便捷，且易在服务器间迁移；

-提供物理连接功能；

-不占用主机系统资源；

-搭配机械硬盘及大多数SATA/SAS固态硬盘时，性能表现稳定可靠。

缺点：

-需单独采购硬件，且服务器需有空闲的扩展插槽；

-引入额外的延迟；

-对支持的磁盘、服务器、磁盘扩展柜、线缆等，有严格的兼容性列表限制；

-固件存储空间有限，难以通过软件更新获得新功能；

-功能集相对简单；

-无法对接网络设备；

-搭配NVMe时易成为性能瓶颈。

软件RAID

优点：

-与硬件无关，可混合使用不同容量、不同接口的磁盘；

-拥有众多免费方案可选；

-灵活性高、功能丰富；

-支持网络存储设备；

-可通过软件更新轻松新增功能。

缺点：

-与特定操作系统绑定；

-占用主机资源（CPU和内存）（该问题已在xiRAID中得到解决）；

-搭配NVMe时性能表现不佳（该问题已在xiRAID中得到解决）；

-无写入缓存和物理端口。

2024年，哪种RAID方案更优？

答案依旧是视使用场景而定。

-对于大多数SATA配置，主板集成的RAID控制器，或是操作系统自带的卷管理器，基本就能满足需求；

-对于SAS环境，最贴合的选择是使用硬件RAID适配器；

-若部署规模大，且采用大容量磁盘，可考虑使用商用的高级软件RAID产品，或采用散列化技术；

-对于Linux系统下的NVMe/NVMeoF环境，xiRAID是性能和灵活性兼具的最佳方案；

-对于Windows及其他操作系统，目前硬件RAID或软件镜像可能是最优选择，也可持续关注我们的技术研发动态，以及基于数据处理单元（DPU）的新型产品。