分幾個情況簡述一下吧：

普通機械硬盤讀寫：

早期的硬盤讀寫都是通過CPU指令執行，這種讀寫方式叫PIO，（Programmed input/output，可編程輸入輸出），大概流程是程序發起讀取指令，CPU找到硬盤映射的地址D1，然后發出指令，說需要從地址D1讀取若干字節寫入目標地址D2；硬盤控制器根據這個指令從硬盤讀取若干數據，并寫入內存地址D2后，告知CPU指令執行完畢；然后CPU從內存D1讀取若干字節數據——期間CPU一直在等待硬盤控制器的返回，并不能執行其它指令，除非有更高優先級的中斷。很顯然，這種讀寫模式非常占用CPU資源。在老式電腦上，PIO方式的硬盤讀寫往往會消耗30%甚至更多的CPU資源。

之后為了解決這個問題，硬盤讀寫使用了DMA模式。和PIO模式相比，只要硬盤控制器向CPU確認收到讀寫指令了，CPU就可以執行其它指令，直到硬盤控制器完成從硬盤讀取數據到內存D2后發起中斷，CPU再去處理D2里面的數據，這個過程對CPU資源的消耗很小——很顯然，和PIO相比，這就是I/O方面的硬件加速：大部分的讀寫操作由硬盤控制器實現。當然，文件系統是軟件層面的，假設我們要讀取十個1MB大小的文件，不考慮目錄結構的讀取和文件碎片的情況下，會比讀取一個10MB的文件消耗將近10倍的CPU資源——因為CPU需要發起10次讀取指令。通常情況下，DMA方式讀寫數據消耗的CPU資源在3%以下甚至更低。

新一代的NVMe SSD，因為通常使用4x PCI-E通道，新一代的NVMe SSD是要求PCI-E 3.0（1x帶寬8GT/s, 4x帶寬32GT/s，除掉檢驗位是4*985MB/s=3940MB/s）；而舊平臺（Intel六代之前）只支持PCI-E 2.0（1x帶寬5GT/s，4x帶寬20GT/s，除掉校驗位是4*500MB/s=2000MB/s），對于部分高端NVMe SSD來說已經形成帶寬瓶頸了，自然會導致硬盤讀寫性能下降。另外，更高速的讀寫速度自然也會消耗更多的CPU性能——一秒鐘時間就能向CPU提供3GB+的數據等待CPU進行處理，顯然和機械硬盤一秒鐘才能讀取到200+MB數據消耗的CPU資源不同。

然后是軟RAID的情況：

這個要分不同的RAID級別來說。最簡單的是RAID 1，CPU需要把一份寫入指令復制成兩份同時寫入兩個硬盤，顯然對CPU資源的消耗起碼要多一倍的。

然后復雜一點的是RAID 0，CPU需要按照RAID設置的條帶寬度，把一份數據截成若干段，D1、D4、D7寫入磁盤1，D2、D5、D8寫入磁盤2，D3、D6、D9寫入磁盤3（假設這是一個三個硬盤組成的RAID 0）。根據不同的RAID驅動或者緩存設置，不算截短數據所需的計算量，可能需要3倍到9倍的CPU資源消耗。組成RAID 0的磁盤越多，消耗的CPU資源也越多。

再復雜一點的是RAID 5，CPU需要根據D1、D2、D3的內容做XOR算出一個P1, D4、D5、D6算出一個P2，D7、D8、D9算出一個P3，然后D1、D4、D7寫入磁盤1，D2、D5、P3寫入磁盤2，D3、P2，D8寫入磁盤3，P1、D6、D9寫入磁盤4。這個過程中，P1、P2、P3的計算會消耗大量的CPU資源，和RAID 0類似，組成RAID 5的硬盤越多，消耗的CPU資源也越多。

更復雜的是RAID 6，除了P1、P2、P3外，CPU還要用另外一種算法計算出來另外三個校驗數據Q1、Q2、Q3，并且和D1-D9、P1-P3打散寫入到不同的磁盤上，CPU資源進一步被消耗——這就是為什么軟RAID 5還算常見，但軟RAID 6很少見的原因。當然，現在四核甚至更多的核心的CPU也很常見，很多面向存儲的操作系統/文件系統都開始支持RAID 6或者類似的RAID級別：ZFS的RAIDZ2，Linux的mdadm，Windows的雙校驗存儲池。但很顯然，和單個硬盤存儲相比，讀寫同樣的數據，會消耗數十倍甚至上百倍的CPU資源。如果CPU性能太差，例如使用了老式的CPU，或者使用低功耗平臺（例如ATOM），并且往往在NAS中，CPU還要同時提供其他服務，這個時候讀寫性能是非常可能會受到CPU性能影響的。

最后，上面所提到的幾個RAID級別，都可以通過購買硬件RAID卡實現硬件加速——所有提到的這些需要增加CPU負擔的工作都由RAID卡上的主控芯片完成，對于CPU來說，整個RAID陣列和一個普通硬盤并沒有任何區別——除了需要加載RAID卡驅動而不是加載硬盤控制器驅動，自然也不會消耗額外的CPU性能。

作者：木頭龍