作者： RAID 10 是什麼？VPS 為何選用 NVMe 儲存
了解 RAID 1、5、6、10 可承受的故障數、重建成本與 NVMe VPS 選用 RAID 10 的原因，並學會查看 /proc/mdstat，以及為何 RAID 不是備份。
RAID 10 的定義，以及 VPS 主機為何採用它
RAID 10 是多數 VPS 主機在虛擬化 NVMe（非揮發性記憶體 express）磁碟上採用的儲存配置。它會將每個磁碟鏡像到另一個配對磁碟，再將資料分條寫入這些鏡像配對。單一磁碟故障時，陣列仍可持續運作；修復時只需從仍正常運作的配對磁碟直接複製資料，不必重新計算，也不必讀取陣列中的其他磁碟。
RAID 代表獨立磁碟冗餘陣列。它只有一項任務：在磁碟故障或更換期間，維持機器提供服務。這項任務屬於可用性，而可用性不等於安全性。
RAID 會複製你的寫入操作。rm -rf /srv 是一項寫入操作。鏡像的兩個部分會在同一毫秒內刪除該目錄，而陣列事後仍會回報自身狀態正常。
記住這句話。本頁其餘內容將說明各個 RAID level 能承受哪些故障，以及每次寫入會付出什麼代價。最後幾節會介紹如何在你擁有的機器上使用命令查看陣列狀態，以及 RAID 從未涵蓋的故障。
託管服務買家實際會遇到的層級：1、5、6 和 10
方案頁面列出一個數字，通常就此打住。這個數字回答兩個問題：最多可容許幾個硬碟故障，以及每次寫入需要付出什麼代價。
RAID 1 是鏡像。 兩個硬碟儲存完全相同的區塊。每次寫入都會送到兩個硬碟。任一硬碟都能提供讀取服務。一個硬碟故障時不會遺失資料，但原始容量只有一半可用。由於不需要計算同位元，寫入路徑較短。
RAID 5 是在每個 stripe 中加入一個同位元區塊的資料分割。 使用 n 個硬碟時，可取得其中 n-1 個硬碟的容量，且整個陣列可容許恰好一個硬碟故障。同位元不會固定存放在某一個專用硬碟上，而是輪流分布在所有硬碟，因此每個硬碟都同時承載資料與同位元。
RAID 6 會在每個 stripe 中加入第二個獨立的同位元區塊，通常標記為 P 和 Q。它可容許任意兩個硬碟同時故障。這點比表面上更重要，因為第二次故障最常發生在第一次故障的修復期間。
RAID 10 是由鏡像組成的資料分割。 硬碟兩兩建立鏡像，資料再分散到各組鏡像之間。可用容量是原始總容量的一半，與 RAID 1 相同，但額外具備資料分割的平行處理能力。
你也會看到 RAID 1+0 這種寫法，這是較準確的描述：先建立鏡像，再跨鏡像進行資料分割。RAID 0+1 則是相反順序，先建立資料分割，再將兩個 stripe 建立鏡像。這種配置較差，因為一個硬碟故障就會使整個 stripe 停止提供服務，修復時還必須複製另一側的完整內容。
Linux 是值得了解的特殊情況。核心的 raid10 是單一 personality，而不是兩個堆疊的層，因此可使用奇數個硬碟運作，並提供巢狀配置無法表達的配置方式（near、far、offset）。這就是為什麼 Linux 主機上的狀態列會顯示 2 near-copies，而不是列出兩個陣列。
The data behind this chart
[
{
"label": "RAID 1 (four mirrored pairs)",
"usable_tb": 4,
"worst_case_drives_lost": 1,
"best_case_drives_lost": 4
},
{
"label": "RAID 5",
"usable_tb": 7,
"worst_case_drives_lost": 1,
"best_case_drives_lost": 1
},
{
"label": "RAID 6",
"usable_tb": 6,
"worst_case_drives_lost": 2,
"best_case_drives_lost": 2
},
{
"label": "RAID 10",
"usable_tb": 4,
"worst_case_drives_lost": 1,
"best_case_drives_lost": 4
}
]8 個 1 TB 硬碟在 RAID 5 下可提供 7 TB 的可用空間，在 RAID 10 下則為 4 TB。這個差距代表實際成本，也是同位元配置不斷被提出的原因。RAID 6 在任何故障排列下都能容許 2 個硬碟故障。RAID 10 只能保證 1 個，因為最危險的第二次故障，是發生在已故障硬碟的鏡像夥伴上。當沒有兩次故障發生在同一組鏡像時，它最多可容許 4 個硬碟故障；但這取決於運氣，不是設計本身提供的保證。
每次寫入時各層級的成本
寫入 mirror 會變成 2 次寫入，同時發送至兩個成員。寫入 parity stripe 的工作量較大，因為該 stripe 的 parity block 已經失效，必須重新計算。
controller 無法只根據新的 block 重新計算 parity。它必須先取得舊的 data block 與舊的 parity block。因此，RAID 5 的 1 次小型隨機寫入會變成 read、read、write、write。RAID 6 還需要維護第二個 syndrome，因此相同的寫入會變成 read、read、read、write、write、write。
The data behind this chart
[
{
"label": "RAID 1 (2 drives)",
"write_ops_per_host_write": 2,
"drives_read_to_rebuild": 1
},
{
"label": "RAID 5 (8 drives)",
"write_ops_per_host_write": 4,
"drives_read_to_rebuild": 7
},
{
"label": "RAID 6 (8 drives)",
"write_ops_per_host_write": 6,
"drives_read_to_rebuild": 7
},
{
"label": "RAID 10 (8 drives)",
"write_ops_per_host_write": 2,
"drives_read_to_rebuild": 1
}
]在 RAID 6 上，1 次小型隨機寫入會產生 6 次裝置操作；在 RAID 10 上則是 2 次。這些數量仍低估了延遲差異。兩次 mirror 寫入會平行發出，因此 guest 必須等待其中較慢的一次。parity 路徑中的 read 必須先完成，才能計算新的 parity；因此 guest 必須依序等待 1 次 read，再等待 1 次 write。在繁忙的 host 上，該 read 會排在其他人的 I/O 之後。
有一個重要例外。若寫入大小足以填滿整個 stripe，就不需要舊的 data，因為 stripe 中的每個 block 都會被替換。parity 可根據記憶體中現有的資料計算，成本降為額外 1 次寫入。因此，RAID 5 在循序 benchmark 中看起來表現良好，但在多個 tenant 同時產生小型寫入的混合負載下，效能會明顯惡化。請測試實際執行的負載模式：正確 benchmark VPS 磁碟代表在符合實際情況的 queue depth 下執行隨機 I/O，而不是執行 1 個大型 dd。
重建是危險環節的原因
Parity 重建必須使用其他所有磁碟重建遺失的磁碟，因此會從第一個區塊讀到最後一個區塊，共讀取 7 個仍可用的磁碟。RAID 10 重建只會讀取 1：故障磁碟的鏡像夥伴磁碟，不會讀取其他磁碟。
這會帶來兩項成本。第一項是時間，因為重建速度受限於最慢的剩餘磁碟，以及其上的 parity 計算。第二項是負載。Parity set 中的每個磁碟在整個重建期間都會忙碌，因此該節點上的每個 guest 在重建完成前都會遭遇較高延遲。RAID 10 只有其中一組磁碟對會忙碌，其他磁碟對仍以正常速度提供服務。
同一期間也存在資料正確性風險。RAID 5 陣列在一個磁碟故障後便不再具備冗餘，因此只要任何剩餘磁碟出現無法讀取的磁區，該資料就無法復原。重建是唯一會讀取每個磁區的操作，也包括一年來沒有人存取過的磁區。已公開的 datasheet 數據顯示，消費級硬碟每讀取 10^14 bits 約有 1 次無法復原的讀取錯誤，而 enterprise NVMe 磁碟則約為每 10^17 bits 1 次，或更佳。這些數據是廠商規格，不是實測結果；但其比例說明了過去「RAID 5 重建會失敗」的警告，原本是針對大型旋轉式硬碟提出的，也說明這項警告在 NVMe 上的適用性弱得多。負載問題則適用於任何儲存媒體。
請透過 scrub 在重建前找出潛在錯誤。Debian 與 Ubuntu 都會為 md array 提供定期 scrub，但不同版本使用的機制不同，因此請先確認目前使用的機制，再手動觸發一次掃描。
systemctl list-timers --all | grep -i mdcheck
ls -l /etc/cron.d/mdadm
echo check | sudo tee /sys/block/md0/md/sync_action
cat /sys/block/md0/md/mismatch_cntsync_action 會在掃描完成時回到 idle，而 mismatch_cnt 應讀為 0。鏡像上的非零數值表示兩個副本不一致，而 kernel 無法判定哪一個正確，因為兩個副本都沒有 checksum。有些不一致沒有影響，swap partition 是最常見的來源：kernel 可能正在寫入某個 page，而該 page 同時在其下方發生變更。資料陣列中的計數持續上升，表示應更換磁碟。
為何 VPS 業者在 NVMe 上普遍採用 RAID 10
Hypervisor 節點不只執行一種工作負載。它會執行數十個彼此無關的 guest，而這些 guest 的 I/O 會交錯形成大量小型寫入，彼此之間沒有區域性。這正是 parity 的 read-modify-write 循環成本最高的模式，也是 shared node 全天候面對的模式。
再加上 rebuild 行為，選擇自然明朗。parity node 上的磁碟故障，會讓該主機上的每個 guest 變慢數小時。RAID 10 node 上的磁碟故障，只會拖慢其中一組 mirror，而且複製作業會以磁碟速度循序執行。業者銷售的是不會出現延遲尖峰的服務，因此必須以容量換取這項特性：一半的原始 NVMe 容量會用於 mirror。
磁碟容量的增加也會將選擇推向同一方向。磁碟容量越大，rebuild 所需時間越長；而在 parity 配置中，這段期間正是所有工作變慢且沒有完整保護的時候。這也是虛擬化用的 ZFS 部署會採用由 mirror vdev 組成的 pool，而不是寬幅 raidz 的原因：mirror resilver 只會複製實際使用中的 block，而且只涉及一組磁碟。
這些因素不代表 RAID 10 在所有情況下都正確。backup target 會以長段循序寫入，讀取頻率也低，因此 RAID 6 在這類用途上更划算。它可承受兩次故障，並保留大部分容量。決定因素是工作負載，而不是數字。對於今天要選擇的方案，儲存媒體通常比其上的 layout 更重要，而 從 SATA SSD 升級至 NVMe 所帶來的差異，大於任一種媒體上的 RAID 差異。
如何讀取 /proc/mdstat
請在您擁有該陣列的機器上執行以下操作：專用伺服器、家中的主機，或您自行組裝且連接兩個磁碟區的 VPS。請查看您自己的輸出。以下區塊是範例，特別列出內容，方便您比對實際輸出的格式。
cat /proc/mdstat
sudo mdadm --detail /dev/md0
lsblk -o NAME,SIZE,TYPE,MOUNTPOINTS狀態正常的四磁碟 RAID 10，輸出通常會接近以下內容。
Personalities : [raid1] [raid10]
md0 : active raid10 nvme3n1p3[3] nvme2n1p3[2] nvme1n1p3[1] nvme0n1p3[0]
3906764800 blocks super 1.2 512K chunks 2 near-copies [4/4] [UUUU]
bitmap: 0/30 pages [0KB], 65536KB chunk
unused devices: <none>其中每個部分都包含資訊。
Personalities列出執行中核心已載入的 md 模組。出現raid10只表示程式碼可用，沒有其他含義。md0 : active raid10是陣列裝置、狀態及 RAID 層級。- 後面的名稱是成員。方括號中的數字是裝置在陣列中繼資料的索引，不是該裝置在該行中的位置，也不一定是其插槽。
- 更換磁碟後，新成員通常會保留高於其所填補插槽的索引，因此
nvme4n1p3[4]可能位於插槽 2。mdadm --detail會在其RaidDevice欄位中列出實際插槽；需要區分兩者時，請以該欄位為準。 - 成員後面的
(F)表示故障。(S)表示備援磁碟：已存在、閒置，等待其他磁碟故障。 3906764800 blocks super 1.2是可用大小，單位為 1 KiB 區塊，後面接著中繼資料格式。512K chunks 2 near-copies是 stripe chunk 大小及 RAID 10 配置。在此配置中，每個區塊會相鄰保留兩份副本。[4/4]是陣列預期的成員數，後面接著目前已同步的成員數。[UUUU]依插槽順序，每個插槽列出一個字元。U表示該插槽已啟用且已同步。_表示該插槽中沒有正常運作的成員。bitmap:是 write intent bitmap。它記錄當時正在寫入的區域，因此成員離線後重新加入時，只需重新同步這些區域，而不必處理整個磁碟。
發生問題時，[4/3] 和 [UU_U] 的含義
降級的陣列看起來如下。
md0 : active raid10 nvme3n1p3[3] nvme2n1p3[2](F) nvme1n1p3[1] nvme0n1p3[0]
3906764800 blocks super 1.2 512K chunks 2 near-copies [4/3] [UU_U]請一起閱讀這兩組方括號。[4/3] 表示四個插槽中有一個未提供服務。[UU_U] 表示是哪一個，因為底線是第三個字元，而插槽編號從零開始，因此插槽 2 已停止運作。(F) 旗標只會在故障磁碟仍連接時標示該裝置。將磁碟從機器拔出後，該名稱會從該行消失，但底線仍會保留。
陣列仍可在這些狀況下提供服務。RAID 10 通常仍可維持接近完整的速度，因此使用者不一定能察覺效能差異。您必須透過監控得知狀態。
grep -i mailaddr /etc/mdadm/mdadm.conf
sudo mdadm --monitor --scan --oneshot --test
systemctl list-units --all | grep -i mdmdadm 套件會安裝監控 daemon，從 /etc/mdadm/mdadm.conf 讀取 MAILADDR。unit 名稱在不同版本之間可能變更，因此請使用最後一個指令尋找，不要自行猜測。--test 執行後會立即為每個陣列傳送一則訊息。執行後收件匣完全沒有訊息，表示郵件傳送路徑故障；真正重要的警示也會以相同方式遺失。
更換磁碟正在重建時，陣列下方會出現進度列。
md0 : active raid10 nvme4n1p3[4] nvme3n1p3[3] nvme1n1p3[1] nvme0n1p3[0]
3906764800 blocks super 1.2 512K chunks 2 near-copies [4/3] [UU_U]
[==>..................] recovery = 12.4% (242012928/1953382400) finish=63.1min speed=452000K/secrecovery 表示正將陣列重建到替換磁碟。resync 表示對新建立的陣列進行第一次一致性檢查。check 表示您在上方觸發的 scrub。括號中的數值是以 1 KiB 區塊表示的進度，分母是每個裝置的總量；finish 是核心依目前速度估算的剩餘時間。速度上限由 /proc/sys/dev/raid/speed_limit_min 和 speed_limit_max 設定，其目的在於避免重建工作耗盡正式環境的 I/O 資源。
重建期間的完整 mdadm --detail
/dev/md0:
Version : 1.2
Creation Time : Tue Mar 10 09:14:22 2026
Raid Level : raid10
Array Size : 3906764800 (3.64 TiB 4.00 TB)
Used Dev Size : 1953382400 (1.82 TiB 2.00 TB)
Raid Devices : 4
Total Devices : 4
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Wed Aug 5 11:02:41 2026
State : clean, degraded, recovering
Active Devices : 3
Working Devices : 4
Failed Devices : 0
Spare Devices : 1
Layout : near=2
Chunk Size : 512K
Rebuild Status : 12% complete
Name : storage:0
Events : 4184
Number Major Minor RaidDevice State
0 259 3 0 active sync set-A /dev/nvme0n1p3
1 259 7 1 active sync set-B /dev/nvme1n1p3
4 259 11 2 spare rebuilding /dev/nvme4n1p3
3 259 15 3 active sync set-B /dev/nvme3n1p3Number 欄是中繼資料索引，會列在 /proc/mdstat 的方括號中。RaidDevice 欄是插槽，也就是 [UU_U] 字串中的位置。這裡兩者不同，因為裝置 4 取代了原本位於插槽 2 的磁碟。set-A 和 set-B 表示每個 mirror 的兩個部分；同一組鏡像中，set-A 與 set-B 各有一個成員，且兩者保存相同資料，因此您不得讓這兩個成員同時遺失。
在您擁有的陣列上更換磁碟需要執行四個指令，最後一個指令用於檢查。
sudo mdadm --manage /dev/md0 --fail /dev/nvme2n1p3
sudo mdadm --manage /dev/md0 --remove /dev/nvme2n1p3
sudo mdadm --manage /dev/md0 --add /dev/nvme4n1p3
cat /proc/mdstatrecovery 列應在 1 或 2 秒內出現。替換分割區的大小必須至少等於 mdadm --detail 中的 Used Dev Size。如果分割區小了即使只有些微差異，也會以類似 not large enough to join array 的訊息遭到拒絕。新增替換磁碟前，請先將其分割區配置成與舊磁碟相同。
從 VPS 內部能看見與不能看見的內容
大多數 guest 無法看見主機的 RAID，這是設計如此。hypervisor 會提供一個虛擬磁碟給你。該磁碟是由 NVMe 磁碟組成的 RAID 10 儲存池切分而來，還是位於單一磁碟上，屬於主機的配置，不會顯示在 guest 內部。
systemd-detect-virt
lsblk -d -o NAME,SIZE,ROTA,MODEL
cat /proc/mdstatsystemd-detect-virt 在 KVM guest 上會顯示 kvm，在容器上會顯示類似 lxc 的容器類型，在 bare metal 上則會顯示 none。在 KVM guest 上，通常只能在 lsblk 看到單一的 vda 或 sda，而 /proc/mdstat 中不會有陣列，因為 guest 內部沒有這些陣列。
在以容器為基礎的 VPS 上，這項讀值不可靠。容器共用主機 kernel，而 /proc 的部分內容未納入 namespace，因此其中的資訊可能描述的是主機，而不是分配給你的儲存空間。不要把其中任何資訊視為自身儲存配置的事實。請向供應商確認配置；如果這對你很重要，請要求對方以書面提供答案。
你可以從內部檢查的是所提供磁碟的行為。檢查 VPS 磁碟是否確實為 NVMe 說明可回報實際資訊的指令；SSD VPS 實際包含哪些內容 則說明方案頁面上的標籤所宣稱的內容。
是否應在 VPS 內執行 RAID？
通常不應該，原因在於故障網域。如果您將兩個 volume 連接至同一個 VPS，並使用 mdadm 將其做 mirror，兩個 volume 可能位於同一個實體陣列、同一個 node，並共用同一個電源供應器。這會讓每次寫入的成本加倍，但您原本已具備相同的備援能力；而且只要發生那個真正重要的單一故障，兩份資料仍會同時遺失。
如果服務供應商明確說明這些 volume 位於不同的故障網域，或您使用的是可自行配置磁碟的 dedicated server，這樣做才值得。否則，應將這些精力用於建立離開該機器的資料副本。
RAID 無法防護的情況
RAID 只涵蓋一種事件：磁碟機無法正常運作。以下所有操作都是有效寫入，因此陣列會將其套用至每個副本，並回報自身狀態正常。
- 刪除。 在錯誤的目錄中執行
rm -rf，或部署指令碼在路徑中使用未設定的變數。陣列會將其視為合法寫入，並執行兩次。 - 勒索軟體。 加密本身就是寫入操作。正常運作的陣列會將加密後的版本儲存至鏡像的兩端。
- 損壞的應用程式。 將垃圾資料寫入資料庫的程式錯誤，也會將相同的垃圾資料寫入備援磁碟機。
- 整個節點。 主機故障，或帳號遭誤停權。陣列可能完全正常，卻同時無法存取。
- 一週後的自己。 你週一刪除的檔案，週一就會從每個磁碟機消失。只有在此之前建立的副本才能將其還原。
儲存在同一個儲存空間上的快照也不是解決方案。快照可協助處理刪除問題，但會與其所在的陣列一同失效。備份之所以是備份，關鍵在於它位於其他位置。使用 restic 建立加密的伺服器外備份 是本頁的另一個重點：陣列讓你能在磁碟機故障時持續提供服務，而當損害來自陣列欣然接受的寫入操作時，restic 能取回你的資料。
FAQ
RAID 10 是否代表不需要備份？
不代表。RAID 10 可防止磁碟停止運作。每次有效寫入都會套用至鏡像的兩個部分，因此刪除操作或勒索軟體執行結果會在同一時間寫入備援磁碟。之後陣列仍會回報狀態正常，因為就陣列的觀點而言，沒有任何元件故障。您仍需要存放在該機器之外的副本，也仍應偶爾還原副本，以確認副本可正常使用。
VPS 供應商為何選擇 RAID 10，而不是 RAID 5 或 RAID 6？
原因有兩個，且都與小型隨機寫入有關。奇偶校驗寫入必須先讀回舊資料與舊奇偶校驗，才能計算新的奇偶校驗。因此，在 RAID 5 中，小型寫入需要 4 次作業；在 RAID 6 中需要 6 次；鏡像則只需要 2 次。奇偶校驗重建還必須從頭到尾讀取每個仍正常運作的磁碟，導致節點上的每個 guest 受到數小時的效能影響；RAID 10 重建則只需將一個磁碟複製到另一個磁碟，其他磁碟配對不受影響。供應商必須以容量承擔這項取捨：可用原始 NVMe 容量只有一半。
/proc/mdstat 中的 [U_] 或 [UU_U] 代表什麼？
每個字元代表陣列中的一個插槽，依插槽順序排列，每個插槽對應一個字元。U 表示該插槽包含一個已啟用且已同步的成員。_ 表示該插槽中沒有正常運作的成員。在雙磁碟鏡像中，[U_] 表示第二個插槽已離線，且不再具備備援能力。請搭配前方的成對資訊一起閱讀；其中 [4/3] 表示陣列預期有 4 個成員，目前有 3 個。插槽順序對應 mdadm --detail 的 RaidDevice 欄，而不是該行上裝置名稱的顯示順序。
RAID 10 陣列可以遺失多少個磁碟？
在任何故障分布下，都能遺失 1 個。超過 1 個後，取決於故障發生的位置。每個鏡像配對可遺失其中 2 個成員中的 1 個，因此 8 磁碟陣列在沒有 2 個故障落在同一配對時，最多可承受 4 個故障；若 2 個故障都落在同一配對，則 2 個故障就會使陣列失效。請以保證可承受的數量，也就是 1 個，作為規劃基準；超過此數量只能視為運氣，不能視為防護能力。
我應該使用 mdadm，在 VPS 內鏡像 2 個 volume 嗎？
通常不應該。連接至同一個 VPS 的 2 個 volume，通常位於同一台主機上的同一個實體陣列。因此，鏡像會使每次寫入的成本加倍，卻無法防範主機自身 RAID 已涵蓋的任何故障。只有在供應商明確說明這些 volume 位於不同故障域時，這樣做才有價值。否則，應將這些資源投入存放在該機器之外的備份。