レイド 種類。 RAIDとは何か?知っておきたい基礎知識

【備忘録】RAID とは? RAID の種類と仕組みまとめ

レイド 種類

この項目では、ディスク装置について説明しています。 その他の用法については「」をご覧ください。 RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks、または Redundant Arrays of Independent Disks、 レイド) は、複数台のを組み合わせることで仮想的な1台のハードディスクとして運用し冗長性を向上させる技術。 の代表的な実装形態で、主に信頼性・可用性の向上を目的として用いられるものである。 と混同される場合もあるが、RAIDはあくまでも運用に対しての冗長性を確保するものでありバックアップとは異なる点に注意が必要。 本記事において、「装置」という語句を用いるが、これはRAIDが取り付けられる機器(サーバ・ワークステーション・パソコンなど)の総称を意味する。 概要 [ ] にの, , による論文「A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks RAID 」において提唱された。 この論文は、安価で低容量、価格相応の信頼性の Inexpensive Disk を用い、大容量で信頼性の高いストレージ()をいかに構築すべきかを提案したものである。 論文にはハードディスクの構成によって、RAID 1からRAID 5までの5種類を定義している。 また、論文では提案されていないが、ストライピングのみの場合も一般的にはRAIDの一種とみなされ、これは冗長性が確保されないことからRAID 0と呼ばれる。 はじめに定義された6種類のうち、RAID 2はほとんど利用されず、RAID 3,4もRAID全体の中では少数派である。 今日ではRAID 0・RAID 1・RAID 5、およびこれら3方式の組み合わせが用いられている。 後にRAID 5を拡張したRAID 6が定義され、RAID 5より耐障害性が必要な場面で利用されている。 導入を検討するユーザにとっては、 信頼性 ・ 速度 ・ 予算(ハードディスクの利用効率も含む)の内どれを重視するかを考え、実情にあわせた導入方法を選択することができる。 3つを完全に満たすのは難しいが、2つを満たす現実的な方法は充分にある。 RAIDの構成によっては、一部のハードディスクが故障してもディスクアレイは稼動を継続できる。 その場合、ディスクを稼働させたまま故障したハードディスクを取り外して代わりのハードディスクに交換することにより装置を停止することなく運用を続けることができる。 このように装置が稼働中に接続しなおして、即座に利用できる機能を「(活線挿抜)」と呼ぶ。 ホットスワップ機能を使用するには装置側でハードウェアとして対応していることが前提となる。 サーバ用途など24時間連続稼働が求められる装置ではホットスワップ対応が望ましい。 RAIDは、大容量データの高速処理や耐障害性の向上を必須要件とする大規模な業務用や、特定目的に製造されたコンピュータ機器等に用いられていたが、近年、小規模サーバやにも普及しつつある [ ]。 普及の要因 [ ]• デジタルデータの重要性が高まっているため• HDD(ハードディスクドライブ)が大容量化し、一般ユーザにとっても故障時に失われるデータ量を無視できなくなったため• HDDやRAID関連製品も低価格化、RAID機能のチップセットへの内蔵(HDDさえあれば追加投資無しでRAIDが利用できる)が進んでいるため 注意点 [ ] RAIDは複数のHDDを用いて、ディスクアレイのを高める技術である。 そのため、ファイルの誤消去など人為的なもの、によるファイルの破壊、の不整合など、ソフトウェア的な障害には対応できない。 またHDDが同時期に複数故障する、リビルド時に他のHDDが障害を起こす等、単体のHDDに比べれば非常に低いがディスクアレイも故障の可能性を持つ。 は、データを静的な状態で、一定期間、複数世代、保存するものであり、RAIDとは役割が異なる。 データはRAIDとバックアップの両者を組みあわせて運用することにより、サービスの継続性を保証しつつ、高い安全性を持って保全することができる。 RAIDの方式 [ ] RAIDを実装する方法としては、で実現する方法(ハードウェア方式)とで実現する方法(ソフトウェア方式)がある。 この2方式は明確に分類できるものではなく、中間的な方式がいくつか存在する。 ハードウェア方式 [ ] コントローラカード [ ] シリアルATA RAIDカード この方式は、RAIDコントローラと呼ばれるカードを装置に取り付け、演算やディスクの管理などを任せるものである。 ドライバさえ用意すればハードウェア側のマシンパワーに影響を与えず、カード自体に専用のキャッシュメモリを搭載している場合はアクセスの高速化が見込める。一部のマザーボードにはRAIDコントローラをあらかじめ実装している製品がある。 純粋なハードウェア方式では、ホストが僅かな指示を送るだけでRAIDコントローラが具体的な処理を全て行うため、CPUの負荷が低減される。 しかし、コントローラ毎に制御方法が異なるため、OS側で各RAIDコントローラカードへの対応が必要であり、専用のデバイスドライバが必要となる。 一方、RAIDコントローラカードの中には、RAID機能の大部分をソフトウェアで実現しているものもある。 この場合、OS起動前にある程度のRAID機能を使用可能であるがCPUの負荷はソフトウェア方式と大差が無く、ハードウェア方式に比べて対応OSが限定されたり信頼性に乏しい場合があり、ソフトウェア方式に分類される。 ディスクアレイユニット [ ] 複数のディスクを搭載出来るケースにRAIDを搭載したハードウェア。 コンピュータやOS側からは単なるやのドライブとして見えるため、特別なドライバが必要なく、CPUへの負荷が全くない。 ディスクアレイユニットを接続したい装置に必要な外部接続インタフェースがすでにあれば装置の筐体を開けることもなく、ケーブルをつなぐだけで使えるようになる。 ソフトウェア方式 [ ] ソフトウェア方式は、OS自身が普通のドライブコントローラ(、、 など)を通して複数台のディスクを管理する。 この方式はハードウェア方式と比較し、CPUへの負荷が高いが、特別なハードウェアを購入する必要がなく導入コストが低いという利点がある。 しかしながらアクセスコントロールの大半をOSやCPUに依存するためマシンパワーを消費すること、物理的なキャッシュが存在しないためハード的な障害やソフトウェア側の障害発生に伴ってRAID情報に致命的な問題を引き起こす可能性がハードウェア方式に比べて高いという欠点が存在する。 は、RAID機能をサポートしている。 は、2. は、gmirrorというソフトウェアにてサポートしている。 ファイルシステムのはそれ自身にRAID機能をもち、RAID5またはRAID6相当の機能としてそれぞれ、RAID-Z2が実装されている。 のでは、マトリックス・ストレージ・マネージャー機能によりRAID機能をサポートしている。 これはソフトウェアというよりはファームウェアでのRAIDである。 Adaptecの低価格RAIDボードでは、HostRAIDによりソフトウェアRAIDを行っている。 このため、ソフトウェア方式に分類される場合が多い。 [ ] 電源問題 [ ] ハードディスクの必要台数が増えるため、特にRAIDコントローラカードを用いて装置内部にハードディスクを取り付けている場合、電源がハードディスク台数分の負担に耐えられるか注意すべきである。 ハードディスクは等により起動時に最も電力を必要とするため、スタッガードスピンアップ(各ディスクに時間差を置いて起動する)機能を搭載しているRAIDコントローラもある。 ライトホール問題 [ ] RAID 5の問題として有名だが、複数のHDDを束ねて1つのグループと見なす、すべてのRAIDシステムで起こりうる。 RAID 2以外のRAIDは読み出し時のエラー検出をHDDのエラー検出に依存しているので、RAIDシステムではエラー検出が出来ない。 物理的な破損等でHDDから応答が無かった場合や読み出しエラーをHDDが返した場合に限り、RAIDシステムではエラーを検出できるが、正しく読み出せる場合はエラー検出が出来ない。 例えば、2台でのRAID 1場合、RAIDコントローラからHDD AとHDD Bに同時に書き込みリクエストは発生するが、HDDには書き込み時の処理のタイムラグがあるため、HDD Aには書き込みが完了したがHDD Bには書き込みが発生していないと言うタイミングが存在する 逆もしかり。 このタイミングで電源断等により処理が中断した場合、HDD Aには新しく書き込まれたデータ、HDD Bには上書きされる前の古いデータ記録されており、HDD AとHDD Bのミラーとして対になるセクタの値が同一ではなくなる。 ブロックサイズが大きい場合は、ブロック自体が複数のセクタで構成されているため、同一HDDの中でも、ブロックを構成する一部のセクタのみこ書き込み完了しそれ以外は書き換えられていないと言うことも発生する。 このようにRAIDを構成するグループのHDDのブロックすべてに書き込めずに、穴が開いたのように書き込まれるためライトホールと呼ばれる。 HDDレベルではどちらも正常なのでエラー無く読み出せるが、HDD毎に異なる値が読み出されるようになる。 これはRAIDレベルでは不整合を起こした状態となり、これはRAIDシステムではエラー検出機能を持っていないために、エラーが起きている事を検出することが出来ない 結果として、RAID 1の場合は、読み込むHDDによって値が変わる。 上記の例ではHDD Bの書き込みがされていないためにBから読み出された場合やHDD Aが破損し、HDD BからHDD A'にリビルドされた際にデータが壊れる。 RAID 3,4,5、6の場合は、誤ったパリティによりデータが破壊される。 これらを、サイレントクラッシュ(正確にはサイレントデータコラプション と呼ぶ。 バッテリバックアップされたNVRAMやフラッシュメモリ等の不揮発メモリを持っているハードウェアRAIDでは、 HDDから書き込みの完了・未完了等のトランザクション管理をしているためこの問題は発生しないようになっているが、 ソフトウェアRAIDや、不揮発メモリを持たない安価なハードウェアRAIDでは、この問題が発生する。 RAID 2はそれ自体がハミングコードによるエラー検出機能を持っているので、この問題は発生しない。 RAID-Zもブロック単位での書き換えがCopyOnWriteにより保証される事とチェックサムがあるためにこの問題は発生しない。 RAIDレベル [ ] RAID 0からRAID 6まで7種類のうち、よく利用されるのはRAID 0・RAID 1・RAID 5・RAID 6で、RAIDコントローラやソフトウェアによって使用できるレベルが限定されている場合が多い。 各RAIDレベルを組み合わせて信頼性と速度を両立させることができる。 サーバ用途としては、データの保全性を重視するためRAID 1またはRAID 5が主に利用されている。 サーバ台数の限られた環境で、一台のサーバにかかる負担が高い場合はこれらにRAID 0を組み込んで高速化を狙うケースもある(もちろんサーバ自体を増設して、一台あたりの負担を軽減することも検討すべきであり、負荷の度合い・設置場所の都合・予算などを多角的に検討する必要がある。 単にRAID 0をかぶせて高速化することだけに過度の期待を寄せるべきではない)。 RAIDの方式によらず、サーバ用途の場合はトラブル発生時に速やかなハードディスク交換を実施できる態勢を採るのが重要であり、ホットスペアやホットスワップ対応の製品を用いるのが望ましい。 また、ある種のアプリケーションは、制御情報はRAID 1またはRAID 5のファイルシステムに保存し、マルチメディアデータはRAID 0に保存するとともにテープや光メディアにバックアップしている。 RAID 0 [ ] RAID 0の概念図。 一つのファイルをA1からA8に分割して、これを複数のディスクに同時に分散して書き込む。 RAID 0はデータを分割し、複数台のハードディスクに同時に分散して読み書きする。 高速化が可能となる。 ストライピングとも呼ぶ。 冗長性がなく耐障害性もないが、実装要素(ハードウェアおよびソフトウェア)はRAIDのそれらを転用できるため、他のRAIDモードとともに実装しているコントローラが多い。 冗長性を持たないことを明示する意味で、無を表現する数であるが付される。 最低2台のドライブが必要である。 1台のドライブが故障しただけでアレイ全体の故障となるため、その故障率は単体ドライブに比べ高い。 0199 と約2倍に上昇する。 単独のRAID 0では速度は向上するものの故障率が増加することから、後述のRAID 1や5と組み合わせて用いられることも多い。 ドライブ数が増えるほどシーケンシャル及びランダムアクセス速度が上がる。 但し後者の向上にはストライプサイズ(分割の粒度)、セクタサイズ、クラスタサイズ、ブロックサイズ、先読み深度などを適切に設定する事が必要である。 冗長性が全くない。 ドライブ数が増えるほどアレイの故障率が上がる。 適切なストライプサイズやコマンドキューの調整が出来ない場合、ランダムアクセス速度はあまり向上しないかドライブ数の増加に伴い低下する可能性がある。 RAID 1 [ ] RAID 1の概念図。 データをA1-4に分割して同じデータを同時に書き込む。 RAID 1は複数台のハードディスクに、同時に同じ内容を書き込む。 これをと呼ぶ。 最もシンプルな方式であり、RAIDの弱点であるコントローラの故障にも対応しやすい。 最低2台のドライブが必要である。 全てのディスクが同時に故障する可能性は低いため、システムの安定性は高い。 ただし、利用可能な容量は単体のハードディスク容量を超えない。 台数が増えるほど容量効率が悪くなる。 効率重視ならばRAID 5の方がよい。 本来読み出しは、一つのドライブからのみでそれ以外はバックアップである。 全てのディスクから読み出せば、理論上、高速に読み出せる。 初期のネットワークOSであるNetware 2. x、3. xは、上記を取り入れており、コントローラが複数個ある場合には、一方のディスクに書き込みながら他方のディスクから読み込みを行うなどの負荷分散を行っていた [ ]。 従って、ディスク間で記録データに不一致が発生する時間があり、ディスクの同期を完了させてから終了する必要があった。 しかし、常に性能を重視した実装が行われている訳ではなく、Windows NTのソフトウェアRAID 1では、読み込みは常にひとつのディスクからのみ行われる。 Windows Server 2003は低負荷時には片方から、高負荷時には負荷分散を行う [ ]。 ドライブ数が増えるほど耐障害性が上がる。 容量の利用効率が悪い。 大容量化を目的としていない。 高速化は限定的である。 高速化、大容量化を目指したRAID 0と高信頼性を求めたRAID 1を組み合わせることにより、速度、容量、耐障害性の向上を図ることができる。 最低4ドライブ必要である。 RAID 0とRAID 1は相性がよく、 RAID 1の特性によりRAID 0の弱点であったランダムアクセスも高速化できる。 RAID 1を使用しているためコントローラの2重化にも対応できるので、容量が必要でなおかつ強力な耐障害性を求める場合に採用されることが多い。 RAID 0とRAID 1、どちらを下層で行うかにより名前が変わる。 0または1は、下層で行われる処理を先に表記する。 一見どちらも同じように見えるが耐障害性の面で異なる。 RAID 2 [ ] RAID 2の冗長化機構はで、ストライプ単位は1ビットである。 ハミングコードによるビット単位のデータ修復が常に必要なほどHDDの信頼性は低くないので、RAID 2は実用性がなく、製品は市販されていない。 必要なドライブ数は、ハミングコードの訂正可能ビット数により異なるため一意に記述できないが、最低で5台のドライブを必要とする。 全RAIDレベルの中で最高の耐障害性を持つ。 最小構成の5台の場合、3台のドライブの故障にも耐えられる。 ハミングコード計算コストが莫大である。 ディスクの使用効率が極めて悪い。 最小構成の5台で利用可能な容量は2台分。 7台の場合には4台分、15台の場合には11台分、31台の場合には26台分となる。 但し最小構成時を除けばRAID 1よりも効率は良い。 最低3ドライブで構成され、1台を誤り訂正符号に割り当て、残りの複数台にデータを記録する。 ビデオ編集機器においてはアクセスの殆どがシーケンシャルアクセスであることから、現在でもRAID 3が用いられている場合があるが、パソコンやサーバでRAID 3を用いるメリットは存在しない。 パリティを訂正符号として用いているためRAID 2に比較して計算コストが低い。 構成ドライブ数-1個の容量が確保できるため、ディスク容量の無駄を最小限に押さえられる。 パリティドライブが書き込み処理時のボトルネックとなる。 RAID 4: ブロック単位での専用パリティドライブ [ ] RAID 5 RAID 5は水平パリティを使用して複数のハードディスクに誤り訂正符号データと共に分散させて記録することで、RAID 3、RAID 4のを回避している。 最低3ドライブが必要である。 またRAID0のように複数のディスクに分散しているため読み出し性能が優れている。 ボトルネックとなる、RAID 3やRAID 4のような専用のパリティドライブが存在しない。 ドライブの台数が増えるほど高速化を見込める。 1台までのドライブが故障してもデータを復旧できる• パリティ演算が必要なため、ソフトウェアRAIDに不向き。 停電やディスククラッシュにより部分的に書き込みが行われた状態での停止が発生した場合に検出困難な不整合が発生するタイミングがあり、RAID 5書き込みホールと呼ばれる。 ハードウェアRAIDではバッテリを搭載するなどして電源異常時の問題を回避するように構成されている場合が多いが、ソフトウェアRAIDでは一般に対応は困難である(同様の問題はを用いるRAID 4・RAID 6等でも存在する)。 RAID-Zはソフトウェアによるこの問題の解法の一つ。 低価格品や低性能品では(障害発生後の)復元処理が遅い。 ドライブ1台故障時にパリティからデータを再生するため、性能が低下する。 2つ以上のドライブが同時に故障すると回復できない(RAID6では3つ同時故障で回復不能)。 ドライブ1台故障時はRAID 0並みに信頼性が低い状態となる。 特に構成台数が多い場合、復元作業中にもう1台が故障し、回復不可能となってしまうケースがある(これに対する解がRAID 6)。 水平パリティによる分散記録 [ ] RAID 5においてはパリティ用領域に使用されるディスク以外のXORで水平方向のパリティ PH をとる。 水平パリティはそれぞれのディスクに格納され、1台のディスク障害に耐えることができる。 ディスク障害時は障害の発生したディスクのXORによる再計算で復元が可能である。 データ書き込み時におけるパリティ計算方法の一例を下記に掲載する(An、BnはA1 B1 A2 B2 A3 B3の順に並んだデータブロック)。 ドライブ故障への耐性に優れる。 読み書きの高速性を利点とするRAID 0を外側にすることで、書き込み速度の向上効果がより強く期待できる。 メンテナンス性にも優れる。 何らかの理由によりすべてのドライブを交換する必要が生じた場合、ミラーの片方のディスクを一度に交換し、リビルド後に残りを交換して再リビルド、という簡便な手順で、装置を止めることなく交換を完了でき、またこの作業中もRAID 5の耐障害性が残っている。 この構成には最低9ドライブを要する。 RAID 6: ブロック単位・複数パリティ分散記録 [ ] RAID 6 RAID 6は任意の2つのハードディスクに障害が発生してもデータが復元できるRAIDである。 冗長データを2種類作成し2つのディスクに記録することで、2重障害に対応でき、同時に2ドライブが故障しても復元できる。 最低4ドライブを必要とする。 1つの冗長データはRAID5と同じようにパリティ符号を用いる。 RAID 1のミラーリングを3重化した場合も2つのハードディスク障害に対応できるが、これは通常RAID 6とは呼ばない。 RAID 5と同等の長所を持つ。 RAID 3やRAID 4のように、ボトルネックとなる、専用のパリティドライブが存在しない。 ドライブの台数が増えるほど高速化を見込める。 RAID 5よりさらに高い耐障害性がある。 ドライブ1台故障時においてもRAID 5並みの信頼性を保っている。 初期投資が大きい(ただし、長期的な運用コストはRAID 5と大差ない)。 二重にパリティを生成するため、RAID 5よりもさらに書き込み速度が低下する。 RAID 5と同様、ドライブ故障時に性能が低下する。 3つ以上のドライブが同時に故障すると回復できない。 大規模なシステムでは、RAID 6を用いた多重RAIDも、RAID 5と同様に考えられる。 最小8ドライブを要し、2ドライブまでの故障に耐えられる。 最小8ドライブを要し、5ドライブまでの故障に耐えられる。 最小12ドライブを要し、5ドライブまでの故障に耐えられる。 最小16ドライブを要し、8ドライブまでの故障に耐えられる。 堅牢さが最重要視される用途に向く。 対角線パリティの計算方法 [ ] RAID 6ではRAID 5の水平パリティ PH に加え、対角線パリティ PD もとして使用される。 水平パリティとは異なり対角線パリティは専用のディスクに格納される。 ディスク4台でRAID6を構成しているとき、対角線パリティの配置と計算は以下の通り。 規格のようなものがないため、生成多項式や重みのつけかたが各社で異なる。 また高速化やハードウェア的な最適化のためにあらかじめ定数をかけたテーブルが用意されているなど、単純なCRCには見えない場合もある。 あるいは、これ以外の算出方法を採っている場合も有り得る。 具体的な算出方法は以下の通りである。 データディスクをA・B・C・Dとし、冗長ディスクをP・Qとする。 現実には冗長ディスクは分散されているが、便宜上こうしておく。 またCRC x は、値xをビット列とした時のCRC符号である。 また回復方法は以下の通りである。 データディスクA・B・C・Dのいずれか一つが破損した場合は、RAID5と同じ。 また冗長ディスクP・Qのいずれか一つ乃至は二つが破損した場合は、データディスクA・B・C・Dから再計算する。 A・B・C・Dのいずれか一つとQが破損した場合は、Pと正常なデータディスクとで破損したデーターディスクを(RAID5と同様に)回復し、Qを再計算する。 A・B・C・Dのいずれか一つとPが破損した場合は、Qから、破損したデータディスクの位置に8ビットのバースト誤りがあったものとしてすることで回復する。 A・B・C・Dのいずれか二つが破損した場合は、PとQに関する連立方程式を解いて回復する。 例えばB・Dが破損したとする。 ここからを利用してBを算出する。 つまり左辺を10(二進法で1010)で割る。 RAID Z [ ] RAID ZはRAID 5やRAID 6と似た機構を持ち、速度と耐障害性を向上させたもの。 社のやにおいて、としてRAID Z1,Z2,Z3が実用化されている。 RAID 5やRAID 6ではパリティ更新時に何らかの障害が発生するとデータとパリティが一致しなくなり、システム上では正常に見えても内部ではデータ破壊が進んでいるという状態(サイレントクラッシュ)に陥るという致命的な欠点がある。 またストライプ幅より小さいデータを書き込む際にも、全体のデータとパリティを読み込んで再計算をする必要があるため、パフォーマンスが著しく低下するという弱点も持っている。 RAID Zでは常にストライプ全体への書き込みを行い、と組み合わせることでRAID 5やRAID 6が持つサイレントクラッシュの問題を完全に回避できる。 Defunct Disk Drive [ ] 無効ディスクドライブ DDD、 Defunct Disk Drive とは、RAIDを構成するディスクにおいて何らかの障害が発生し、RAIDの構成ディスクから外されたディスクないしその状態を示す。 Spare Disk Drive [ ] 予備ディスクドライブ Spare Disk Drive (予備ディスク)は、RAIDの構成で普段は使用されていないが、使用中のいずれかのディスクに障害が発生した時にそのディスクを置き換えることに備えて接続されているハードディスク装置である。 ベンダーによって呼称は異なるが、に該当するものである。 たとえば、全部で4台のディスクのうち3台でRAID 5を構成するシステムを考える。 RAID 5中のいずれか一台のディスクが故障すると、予備ディスクで故障ディスクを自動的に置き換えて元通りRAID 5を構成する。 これら4台のディスクでRAID 6を構成しても同じ実効ディスク容量が得られるが、それと比較して予備ディスクは以下の利点・欠点をもっている。 利点: RAID 5なのでRAID 6に比べて書込み速度が速い。 予備ディスクは普段は動作していない(ただし通電は継続)ので寿命が長くなることが期待される。 欠点: 予備ディスクで故障したディスクを置き換えてリシンク(resync、再同期)が終了するまでの間(2013年の技術で1TBあたり10分以上)はシステムは冗長性を持っていないので、さらにもう一台のディスクが故障するとシステム全体の情報が失われる。 また、4台のディスクのうち3台でRAID 1を構成すると、上記のリシンク中の冗長性欠如のリスクは大幅に低減する。 RAID中に組み込まれたディスクはリアルタイム・オンラインで冗長性を作り出しているのに対して、予備ディスクは実際の故障発生時にオフラインでまとめて冗長性を作り出していると見ることもできる。 非RAID設計 [ ] 詳細は「」を参照 一般的に複数のディスクを構成する際にはRAIDが使用されるが、RAIDを使用しないディスク構成も存在する。 JBOD Just a Bunch Of Disks は複数の物理ディスクを一つのディスクとして扱いアクセスする。 冗長性はない。 スパニング SPANNING とも呼ばれる。 参考文献 [ ]• David A. Patterson and John L. Hennessy; 成田光彰 2006. コンピュータの構成と設計 第3版(上) ハードウエアとソフトウエアのインタフェース. David A. Patterson and John L. Hennessy; 成田光彰 2006. コンピュータの構成と設計 第3版(下) ハードウエアとソフトウエアのインタフェース. ; Garth A. Gibson, Randy H. Katz 1988 , , SIGMOD Conference, pp. 109-116 , 脚注 [ ]• 略称でない名称に関しては諸説ある。 後述のパターソンの論文ではRedundant Arrays of Inexpensive Disksであるが、用語辞典によってRedundant Array of Inexpensive Disksであったり、Redundant Arrays of Independent Disksであったりする。 出典: カシオEX-word XD-SF6200収録の日経パソコン用語事典、NE最新略語小辞典• 530• Patterson 1988• 530• 2018年1月7日閲覧。 2018年1月8日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 DELL製、PERC Sシリーズ等• 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 [ ]• 2018年1月7日閲覧。 2018年1月8日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 関連項目 [ ]• DAS• SAN• NAS• 外部リンク [ ] ウィキメディア・コモンズには、 に関連するメディアがあります。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。

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複数台のHDD・SSDでRAIDを構築!種類を覚えて速度や安全性を高めよう

レイド 種類

この項目では、ディスク装置について説明しています。 その他の用法については「」をご覧ください。 RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks、または Redundant Arrays of Independent Disks、 レイド) は、複数台のを組み合わせることで仮想的な1台のハードディスクとして運用し冗長性を向上させる技術。 の代表的な実装形態で、主に信頼性・可用性の向上を目的として用いられるものである。 と混同される場合もあるが、RAIDはあくまでも運用に対しての冗長性を確保するものでありバックアップとは異なる点に注意が必要。 本記事において、「装置」という語句を用いるが、これはRAIDが取り付けられる機器(サーバ・ワークステーション・パソコンなど)の総称を意味する。 概要 [ ] にの, , による論文「A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks RAID 」において提唱された。 この論文は、安価で低容量、価格相応の信頼性の Inexpensive Disk を用い、大容量で信頼性の高いストレージ()をいかに構築すべきかを提案したものである。 論文にはハードディスクの構成によって、RAID 1からRAID 5までの5種類を定義している。 また、論文では提案されていないが、ストライピングのみの場合も一般的にはRAIDの一種とみなされ、これは冗長性が確保されないことからRAID 0と呼ばれる。 はじめに定義された6種類のうち、RAID 2はほとんど利用されず、RAID 3,4もRAID全体の中では少数派である。 今日ではRAID 0・RAID 1・RAID 5、およびこれら3方式の組み合わせが用いられている。 後にRAID 5を拡張したRAID 6が定義され、RAID 5より耐障害性が必要な場面で利用されている。 導入を検討するユーザにとっては、 信頼性 ・ 速度 ・ 予算(ハードディスクの利用効率も含む)の内どれを重視するかを考え、実情にあわせた導入方法を選択することができる。 3つを完全に満たすのは難しいが、2つを満たす現実的な方法は充分にある。 RAIDの構成によっては、一部のハードディスクが故障してもディスクアレイは稼動を継続できる。 その場合、ディスクを稼働させたまま故障したハードディスクを取り外して代わりのハードディスクに交換することにより装置を停止することなく運用を続けることができる。 このように装置が稼働中に接続しなおして、即座に利用できる機能を「(活線挿抜)」と呼ぶ。 ホットスワップ機能を使用するには装置側でハードウェアとして対応していることが前提となる。 サーバ用途など24時間連続稼働が求められる装置ではホットスワップ対応が望ましい。 RAIDは、大容量データの高速処理や耐障害性の向上を必須要件とする大規模な業務用や、特定目的に製造されたコンピュータ機器等に用いられていたが、近年、小規模サーバやにも普及しつつある [ ]。 普及の要因 [ ]• デジタルデータの重要性が高まっているため• HDD(ハードディスクドライブ)が大容量化し、一般ユーザにとっても故障時に失われるデータ量を無視できなくなったため• HDDやRAID関連製品も低価格化、RAID機能のチップセットへの内蔵(HDDさえあれば追加投資無しでRAIDが利用できる)が進んでいるため 注意点 [ ] RAIDは複数のHDDを用いて、ディスクアレイのを高める技術である。 そのため、ファイルの誤消去など人為的なもの、によるファイルの破壊、の不整合など、ソフトウェア的な障害には対応できない。 またHDDが同時期に複数故障する、リビルド時に他のHDDが障害を起こす等、単体のHDDに比べれば非常に低いがディスクアレイも故障の可能性を持つ。 は、データを静的な状態で、一定期間、複数世代、保存するものであり、RAIDとは役割が異なる。 データはRAIDとバックアップの両者を組みあわせて運用することにより、サービスの継続性を保証しつつ、高い安全性を持って保全することができる。 RAIDの方式 [ ] RAIDを実装する方法としては、で実現する方法(ハードウェア方式)とで実現する方法(ソフトウェア方式)がある。 この2方式は明確に分類できるものではなく、中間的な方式がいくつか存在する。 ハードウェア方式 [ ] コントローラカード [ ] シリアルATA RAIDカード この方式は、RAIDコントローラと呼ばれるカードを装置に取り付け、演算やディスクの管理などを任せるものである。 ドライバさえ用意すればハードウェア側のマシンパワーに影響を与えず、カード自体に専用のキャッシュメモリを搭載している場合はアクセスの高速化が見込める。一部のマザーボードにはRAIDコントローラをあらかじめ実装している製品がある。 純粋なハードウェア方式では、ホストが僅かな指示を送るだけでRAIDコントローラが具体的な処理を全て行うため、CPUの負荷が低減される。 しかし、コントローラ毎に制御方法が異なるため、OS側で各RAIDコントローラカードへの対応が必要であり、専用のデバイスドライバが必要となる。 一方、RAIDコントローラカードの中には、RAID機能の大部分をソフトウェアで実現しているものもある。 この場合、OS起動前にある程度のRAID機能を使用可能であるがCPUの負荷はソフトウェア方式と大差が無く、ハードウェア方式に比べて対応OSが限定されたり信頼性に乏しい場合があり、ソフトウェア方式に分類される。 ディスクアレイユニット [ ] 複数のディスクを搭載出来るケースにRAIDを搭載したハードウェア。 コンピュータやOS側からは単なるやのドライブとして見えるため、特別なドライバが必要なく、CPUへの負荷が全くない。 ディスクアレイユニットを接続したい装置に必要な外部接続インタフェースがすでにあれば装置の筐体を開けることもなく、ケーブルをつなぐだけで使えるようになる。 ソフトウェア方式 [ ] ソフトウェア方式は、OS自身が普通のドライブコントローラ(、、 など)を通して複数台のディスクを管理する。 この方式はハードウェア方式と比較し、CPUへの負荷が高いが、特別なハードウェアを購入する必要がなく導入コストが低いという利点がある。 しかしながらアクセスコントロールの大半をOSやCPUに依存するためマシンパワーを消費すること、物理的なキャッシュが存在しないためハード的な障害やソフトウェア側の障害発生に伴ってRAID情報に致命的な問題を引き起こす可能性がハードウェア方式に比べて高いという欠点が存在する。 は、RAID機能をサポートしている。 は、2. は、gmirrorというソフトウェアにてサポートしている。 ファイルシステムのはそれ自身にRAID機能をもち、RAID5またはRAID6相当の機能としてそれぞれ、RAID-Z2が実装されている。 のでは、マトリックス・ストレージ・マネージャー機能によりRAID機能をサポートしている。 これはソフトウェアというよりはファームウェアでのRAIDである。 Adaptecの低価格RAIDボードでは、HostRAIDによりソフトウェアRAIDを行っている。 このため、ソフトウェア方式に分類される場合が多い。 [ ] 電源問題 [ ] ハードディスクの必要台数が増えるため、特にRAIDコントローラカードを用いて装置内部にハードディスクを取り付けている場合、電源がハードディスク台数分の負担に耐えられるか注意すべきである。 ハードディスクは等により起動時に最も電力を必要とするため、スタッガードスピンアップ(各ディスクに時間差を置いて起動する)機能を搭載しているRAIDコントローラもある。 ライトホール問題 [ ] RAID 5の問題として有名だが、複数のHDDを束ねて1つのグループと見なす、すべてのRAIDシステムで起こりうる。 RAID 2以外のRAIDは読み出し時のエラー検出をHDDのエラー検出に依存しているので、RAIDシステムではエラー検出が出来ない。 物理的な破損等でHDDから応答が無かった場合や読み出しエラーをHDDが返した場合に限り、RAIDシステムではエラーを検出できるが、正しく読み出せる場合はエラー検出が出来ない。 例えば、2台でのRAID 1場合、RAIDコントローラからHDD AとHDD Bに同時に書き込みリクエストは発生するが、HDDには書き込み時の処理のタイムラグがあるため、HDD Aには書き込みが完了したがHDD Bには書き込みが発生していないと言うタイミングが存在する 逆もしかり。 このタイミングで電源断等により処理が中断した場合、HDD Aには新しく書き込まれたデータ、HDD Bには上書きされる前の古いデータ記録されており、HDD AとHDD Bのミラーとして対になるセクタの値が同一ではなくなる。 ブロックサイズが大きい場合は、ブロック自体が複数のセクタで構成されているため、同一HDDの中でも、ブロックを構成する一部のセクタのみこ書き込み完了しそれ以外は書き換えられていないと言うことも発生する。 このようにRAIDを構成するグループのHDDのブロックすべてに書き込めずに、穴が開いたのように書き込まれるためライトホールと呼ばれる。 HDDレベルではどちらも正常なのでエラー無く読み出せるが、HDD毎に異なる値が読み出されるようになる。 これはRAIDレベルでは不整合を起こした状態となり、これはRAIDシステムではエラー検出機能を持っていないために、エラーが起きている事を検出することが出来ない 結果として、RAID 1の場合は、読み込むHDDによって値が変わる。 上記の例ではHDD Bの書き込みがされていないためにBから読み出された場合やHDD Aが破損し、HDD BからHDD A'にリビルドされた際にデータが壊れる。 RAID 3,4,5、6の場合は、誤ったパリティによりデータが破壊される。 これらを、サイレントクラッシュ(正確にはサイレントデータコラプション と呼ぶ。 バッテリバックアップされたNVRAMやフラッシュメモリ等の不揮発メモリを持っているハードウェアRAIDでは、 HDDから書き込みの完了・未完了等のトランザクション管理をしているためこの問題は発生しないようになっているが、 ソフトウェアRAIDや、不揮発メモリを持たない安価なハードウェアRAIDでは、この問題が発生する。 RAID 2はそれ自体がハミングコードによるエラー検出機能を持っているので、この問題は発生しない。 RAID-Zもブロック単位での書き換えがCopyOnWriteにより保証される事とチェックサムがあるためにこの問題は発生しない。 RAIDレベル [ ] RAID 0からRAID 6まで7種類のうち、よく利用されるのはRAID 0・RAID 1・RAID 5・RAID 6で、RAIDコントローラやソフトウェアによって使用できるレベルが限定されている場合が多い。 各RAIDレベルを組み合わせて信頼性と速度を両立させることができる。 サーバ用途としては、データの保全性を重視するためRAID 1またはRAID 5が主に利用されている。 サーバ台数の限られた環境で、一台のサーバにかかる負担が高い場合はこれらにRAID 0を組み込んで高速化を狙うケースもある(もちろんサーバ自体を増設して、一台あたりの負担を軽減することも検討すべきであり、負荷の度合い・設置場所の都合・予算などを多角的に検討する必要がある。 単にRAID 0をかぶせて高速化することだけに過度の期待を寄せるべきではない)。 RAIDの方式によらず、サーバ用途の場合はトラブル発生時に速やかなハードディスク交換を実施できる態勢を採るのが重要であり、ホットスペアやホットスワップ対応の製品を用いるのが望ましい。 また、ある種のアプリケーションは、制御情報はRAID 1またはRAID 5のファイルシステムに保存し、マルチメディアデータはRAID 0に保存するとともにテープや光メディアにバックアップしている。 RAID 0 [ ] RAID 0の概念図。 一つのファイルをA1からA8に分割して、これを複数のディスクに同時に分散して書き込む。 RAID 0はデータを分割し、複数台のハードディスクに同時に分散して読み書きする。 高速化が可能となる。 ストライピングとも呼ぶ。 冗長性がなく耐障害性もないが、実装要素(ハードウェアおよびソフトウェア)はRAIDのそれらを転用できるため、他のRAIDモードとともに実装しているコントローラが多い。 冗長性を持たないことを明示する意味で、無を表現する数であるが付される。 最低2台のドライブが必要である。 1台のドライブが故障しただけでアレイ全体の故障となるため、その故障率は単体ドライブに比べ高い。 0199 と約2倍に上昇する。 単独のRAID 0では速度は向上するものの故障率が増加することから、後述のRAID 1や5と組み合わせて用いられることも多い。 ドライブ数が増えるほどシーケンシャル及びランダムアクセス速度が上がる。 但し後者の向上にはストライプサイズ(分割の粒度)、セクタサイズ、クラスタサイズ、ブロックサイズ、先読み深度などを適切に設定する事が必要である。 冗長性が全くない。 ドライブ数が増えるほどアレイの故障率が上がる。 適切なストライプサイズやコマンドキューの調整が出来ない場合、ランダムアクセス速度はあまり向上しないかドライブ数の増加に伴い低下する可能性がある。 RAID 1 [ ] RAID 1の概念図。 データをA1-4に分割して同じデータを同時に書き込む。 RAID 1は複数台のハードディスクに、同時に同じ内容を書き込む。 これをと呼ぶ。 最もシンプルな方式であり、RAIDの弱点であるコントローラの故障にも対応しやすい。 最低2台のドライブが必要である。 全てのディスクが同時に故障する可能性は低いため、システムの安定性は高い。 ただし、利用可能な容量は単体のハードディスク容量を超えない。 台数が増えるほど容量効率が悪くなる。 効率重視ならばRAID 5の方がよい。 本来読み出しは、一つのドライブからのみでそれ以外はバックアップである。 全てのディスクから読み出せば、理論上、高速に読み出せる。 初期のネットワークOSであるNetware 2. x、3. xは、上記を取り入れており、コントローラが複数個ある場合には、一方のディスクに書き込みながら他方のディスクから読み込みを行うなどの負荷分散を行っていた [ ]。 従って、ディスク間で記録データに不一致が発生する時間があり、ディスクの同期を完了させてから終了する必要があった。 しかし、常に性能を重視した実装が行われている訳ではなく、Windows NTのソフトウェアRAID 1では、読み込みは常にひとつのディスクからのみ行われる。 Windows Server 2003は低負荷時には片方から、高負荷時には負荷分散を行う [ ]。 ドライブ数が増えるほど耐障害性が上がる。 容量の利用効率が悪い。 大容量化を目的としていない。 高速化は限定的である。 高速化、大容量化を目指したRAID 0と高信頼性を求めたRAID 1を組み合わせることにより、速度、容量、耐障害性の向上を図ることができる。 最低4ドライブ必要である。 RAID 0とRAID 1は相性がよく、 RAID 1の特性によりRAID 0の弱点であったランダムアクセスも高速化できる。 RAID 1を使用しているためコントローラの2重化にも対応できるので、容量が必要でなおかつ強力な耐障害性を求める場合に採用されることが多い。 RAID 0とRAID 1、どちらを下層で行うかにより名前が変わる。 0または1は、下層で行われる処理を先に表記する。 一見どちらも同じように見えるが耐障害性の面で異なる。 RAID 2 [ ] RAID 2の冗長化機構はで、ストライプ単位は1ビットである。 ハミングコードによるビット単位のデータ修復が常に必要なほどHDDの信頼性は低くないので、RAID 2は実用性がなく、製品は市販されていない。 必要なドライブ数は、ハミングコードの訂正可能ビット数により異なるため一意に記述できないが、最低で5台のドライブを必要とする。 全RAIDレベルの中で最高の耐障害性を持つ。 最小構成の5台の場合、3台のドライブの故障にも耐えられる。 ハミングコード計算コストが莫大である。 ディスクの使用効率が極めて悪い。 最小構成の5台で利用可能な容量は2台分。 7台の場合には4台分、15台の場合には11台分、31台の場合には26台分となる。 但し最小構成時を除けばRAID 1よりも効率は良い。 最低3ドライブで構成され、1台を誤り訂正符号に割り当て、残りの複数台にデータを記録する。 ビデオ編集機器においてはアクセスの殆どがシーケンシャルアクセスであることから、現在でもRAID 3が用いられている場合があるが、パソコンやサーバでRAID 3を用いるメリットは存在しない。 パリティを訂正符号として用いているためRAID 2に比較して計算コストが低い。 構成ドライブ数-1個の容量が確保できるため、ディスク容量の無駄を最小限に押さえられる。 パリティドライブが書き込み処理時のボトルネックとなる。 RAID 4: ブロック単位での専用パリティドライブ [ ] RAID 5 RAID 5は水平パリティを使用して複数のハードディスクに誤り訂正符号データと共に分散させて記録することで、RAID 3、RAID 4のを回避している。 最低3ドライブが必要である。 またRAID0のように複数のディスクに分散しているため読み出し性能が優れている。 ボトルネックとなる、RAID 3やRAID 4のような専用のパリティドライブが存在しない。 ドライブの台数が増えるほど高速化を見込める。 1台までのドライブが故障してもデータを復旧できる• パリティ演算が必要なため、ソフトウェアRAIDに不向き。 停電やディスククラッシュにより部分的に書き込みが行われた状態での停止が発生した場合に検出困難な不整合が発生するタイミングがあり、RAID 5書き込みホールと呼ばれる。 ハードウェアRAIDではバッテリを搭載するなどして電源異常時の問題を回避するように構成されている場合が多いが、ソフトウェアRAIDでは一般に対応は困難である(同様の問題はを用いるRAID 4・RAID 6等でも存在する)。 RAID-Zはソフトウェアによるこの問題の解法の一つ。 低価格品や低性能品では(障害発生後の)復元処理が遅い。 ドライブ1台故障時にパリティからデータを再生するため、性能が低下する。 2つ以上のドライブが同時に故障すると回復できない(RAID6では3つ同時故障で回復不能)。 ドライブ1台故障時はRAID 0並みに信頼性が低い状態となる。 特に構成台数が多い場合、復元作業中にもう1台が故障し、回復不可能となってしまうケースがある(これに対する解がRAID 6)。 水平パリティによる分散記録 [ ] RAID 5においてはパリティ用領域に使用されるディスク以外のXORで水平方向のパリティ PH をとる。 水平パリティはそれぞれのディスクに格納され、1台のディスク障害に耐えることができる。 ディスク障害時は障害の発生したディスクのXORによる再計算で復元が可能である。 データ書き込み時におけるパリティ計算方法の一例を下記に掲載する(An、BnはA1 B1 A2 B2 A3 B3の順に並んだデータブロック)。 ドライブ故障への耐性に優れる。 読み書きの高速性を利点とするRAID 0を外側にすることで、書き込み速度の向上効果がより強く期待できる。 メンテナンス性にも優れる。 何らかの理由によりすべてのドライブを交換する必要が生じた場合、ミラーの片方のディスクを一度に交換し、リビルド後に残りを交換して再リビルド、という簡便な手順で、装置を止めることなく交換を完了でき、またこの作業中もRAID 5の耐障害性が残っている。 この構成には最低9ドライブを要する。 RAID 6: ブロック単位・複数パリティ分散記録 [ ] RAID 6 RAID 6は任意の2つのハードディスクに障害が発生してもデータが復元できるRAIDである。 冗長データを2種類作成し2つのディスクに記録することで、2重障害に対応でき、同時に2ドライブが故障しても復元できる。 最低4ドライブを必要とする。 1つの冗長データはRAID5と同じようにパリティ符号を用いる。 RAID 1のミラーリングを3重化した場合も2つのハードディスク障害に対応できるが、これは通常RAID 6とは呼ばない。 RAID 5と同等の長所を持つ。 RAID 3やRAID 4のように、ボトルネックとなる、専用のパリティドライブが存在しない。 ドライブの台数が増えるほど高速化を見込める。 RAID 5よりさらに高い耐障害性がある。 ドライブ1台故障時においてもRAID 5並みの信頼性を保っている。 初期投資が大きい(ただし、長期的な運用コストはRAID 5と大差ない)。 二重にパリティを生成するため、RAID 5よりもさらに書き込み速度が低下する。 RAID 5と同様、ドライブ故障時に性能が低下する。 3つ以上のドライブが同時に故障すると回復できない。 大規模なシステムでは、RAID 6を用いた多重RAIDも、RAID 5と同様に考えられる。 最小8ドライブを要し、2ドライブまでの故障に耐えられる。 最小8ドライブを要し、5ドライブまでの故障に耐えられる。 最小12ドライブを要し、5ドライブまでの故障に耐えられる。 最小16ドライブを要し、8ドライブまでの故障に耐えられる。 堅牢さが最重要視される用途に向く。 対角線パリティの計算方法 [ ] RAID 6ではRAID 5の水平パリティ PH に加え、対角線パリティ PD もとして使用される。 水平パリティとは異なり対角線パリティは専用のディスクに格納される。 ディスク4台でRAID6を構成しているとき、対角線パリティの配置と計算は以下の通り。 規格のようなものがないため、生成多項式や重みのつけかたが各社で異なる。 また高速化やハードウェア的な最適化のためにあらかじめ定数をかけたテーブルが用意されているなど、単純なCRCには見えない場合もある。 あるいは、これ以外の算出方法を採っている場合も有り得る。 具体的な算出方法は以下の通りである。 データディスクをA・B・C・Dとし、冗長ディスクをP・Qとする。 現実には冗長ディスクは分散されているが、便宜上こうしておく。 またCRC x は、値xをビット列とした時のCRC符号である。 また回復方法は以下の通りである。 データディスクA・B・C・Dのいずれか一つが破損した場合は、RAID5と同じ。 また冗長ディスクP・Qのいずれか一つ乃至は二つが破損した場合は、データディスクA・B・C・Dから再計算する。 A・B・C・Dのいずれか一つとQが破損した場合は、Pと正常なデータディスクとで破損したデーターディスクを(RAID5と同様に)回復し、Qを再計算する。 A・B・C・Dのいずれか一つとPが破損した場合は、Qから、破損したデータディスクの位置に8ビットのバースト誤りがあったものとしてすることで回復する。 A・B・C・Dのいずれか二つが破損した場合は、PとQに関する連立方程式を解いて回復する。 例えばB・Dが破損したとする。 ここからを利用してBを算出する。 つまり左辺を10(二進法で1010)で割る。 RAID Z [ ] RAID ZはRAID 5やRAID 6と似た機構を持ち、速度と耐障害性を向上させたもの。 社のやにおいて、としてRAID Z1,Z2,Z3が実用化されている。 RAID 5やRAID 6ではパリティ更新時に何らかの障害が発生するとデータとパリティが一致しなくなり、システム上では正常に見えても内部ではデータ破壊が進んでいるという状態(サイレントクラッシュ)に陥るという致命的な欠点がある。 またストライプ幅より小さいデータを書き込む際にも、全体のデータとパリティを読み込んで再計算をする必要があるため、パフォーマンスが著しく低下するという弱点も持っている。 RAID Zでは常にストライプ全体への書き込みを行い、と組み合わせることでRAID 5やRAID 6が持つサイレントクラッシュの問題を完全に回避できる。 Defunct Disk Drive [ ] 無効ディスクドライブ DDD、 Defunct Disk Drive とは、RAIDを構成するディスクにおいて何らかの障害が発生し、RAIDの構成ディスクから外されたディスクないしその状態を示す。 Spare Disk Drive [ ] 予備ディスクドライブ Spare Disk Drive (予備ディスク)は、RAIDの構成で普段は使用されていないが、使用中のいずれかのディスクに障害が発生した時にそのディスクを置き換えることに備えて接続されているハードディスク装置である。 ベンダーによって呼称は異なるが、に該当するものである。 たとえば、全部で4台のディスクのうち3台でRAID 5を構成するシステムを考える。 RAID 5中のいずれか一台のディスクが故障すると、予備ディスクで故障ディスクを自動的に置き換えて元通りRAID 5を構成する。 これら4台のディスクでRAID 6を構成しても同じ実効ディスク容量が得られるが、それと比較して予備ディスクは以下の利点・欠点をもっている。 利点: RAID 5なのでRAID 6に比べて書込み速度が速い。 予備ディスクは普段は動作していない(ただし通電は継続)ので寿命が長くなることが期待される。 欠点: 予備ディスクで故障したディスクを置き換えてリシンク(resync、再同期)が終了するまでの間(2013年の技術で1TBあたり10分以上)はシステムは冗長性を持っていないので、さらにもう一台のディスクが故障するとシステム全体の情報が失われる。 また、4台のディスクのうち3台でRAID 1を構成すると、上記のリシンク中の冗長性欠如のリスクは大幅に低減する。 RAID中に組み込まれたディスクはリアルタイム・オンラインで冗長性を作り出しているのに対して、予備ディスクは実際の故障発生時にオフラインでまとめて冗長性を作り出していると見ることもできる。 非RAID設計 [ ] 詳細は「」を参照 一般的に複数のディスクを構成する際にはRAIDが使用されるが、RAIDを使用しないディスク構成も存在する。 JBOD Just a Bunch Of Disks は複数の物理ディスクを一つのディスクとして扱いアクセスする。 冗長性はない。 スパニング SPANNING とも呼ばれる。 参考文献 [ ]• David A. Patterson and John L. Hennessy; 成田光彰 2006. コンピュータの構成と設計 第3版(上) ハードウエアとソフトウエアのインタフェース. David A. Patterson and John L. Hennessy; 成田光彰 2006. コンピュータの構成と設計 第3版(下) ハードウエアとソフトウエアのインタフェース. ; Garth A. Gibson, Randy H. Katz 1988 , , SIGMOD Conference, pp. 109-116 , 脚注 [ ]• 略称でない名称に関しては諸説ある。 後述のパターソンの論文ではRedundant Arrays of Inexpensive Disksであるが、用語辞典によってRedundant Array of Inexpensive Disksであったり、Redundant Arrays of Independent Disksであったりする。 出典: カシオEX-word XD-SF6200収録の日経パソコン用語事典、NE最新略語小辞典• 530• Patterson 1988• 530• 2018年1月7日閲覧。 2018年1月8日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 DELL製、PERC Sシリーズ等• 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 [ ]• 2018年1月7日閲覧。 2018年1月8日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 関連項目 [ ]• DAS• SAN• NAS• 外部リンク [ ] ウィキメディア・コモンズには、 に関連するメディアがあります。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。 2018年1月7日閲覧。

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RAID比較(構成・速度実測・耐障害性)

レイド 種類

こんにちは。 システム・ケイのシンゴりらです。 監視カメラの録画データはとても大事な財産になります。 録画データは、事件・事故が起きた際の証拠になり、 過去の状況を客観的に説明してくれる証人になってくれます。 しかし、大切な録画データを保存しているHDDは突然故障してしまうことがあります。 一般的にHDDは熱や埃に弱く、また電源の瞬断等によっても故障のリスクが高くなってしまいます。 また、HDDはよく消耗品とも呼ばれ、HDDメーカー各社から耐久性の高いHDDが販売されていますが、 それでも故障の可能性はゼロにはなりません。 本日は、HDD故障から録画データ損失のリスクを減らす「RAID」について説明します。 RAIDとは RAIDとは「Redundant Array of Independent Disk」の略です。 つまり、一つ一つのディスクを組み合わせて冗長化することを意味します。 冗長化とはなんでしょうか? 冗長とは一般的には無駄なことや余剰があることを意味します。 しかし、ここでいう冗長化とはHDDの一部に障害が発生した時に備えて、 バックアップ用のデータを保持しておくことを意味します。 RAIDの基本的な仕組みとしては、何本かのHDDを1組にし、 本来のデータに加えて、バックアップ用のデータやパリティと呼ばれる データ復旧のためのデータを保存することになります。 このとき、1組になったHDDのことをArray(アレイ)と呼びます。 RAIDには、RAID0、RAID1、RAID5などの種類があります。 このブログでは主なRAIDの種類について説明していきます。 RAID0:ストライピング RAID0では1つのデータについてRAID0を構成しているHDDの数に合わせて分割し、 同時にそれぞれのディスクに書き込みます。 RAID0は「ストライピング」とも呼ばれます。 複数のHDDに同時に書き込むため、データ書き込み時間を減少できることがRAID0の利点になります。 しかし、防犯カメラのレコーダーという用途では、 1秒間に書き込むデータ量は1秒間の映像データのみと決まっているため、RAID0の利点はほとんど無いといえます。 さらに、RAID0を構成するディスクのうちの一つに障害が発生すると RAIDアレイ全体が利用できなくなるというデメリットもあります。 そのため、録画用途ではRAID0はほとんど使われません。 RAID1:ミラーリング RAID1では、2本のディスクを一組として2本のディスクに全く同じデータを記録します。 全く同じデータを持つディスクが2本できるため、RAID1は「ミラーリング」とも呼ばれます。 RAID1で運用中にどちらか1本のディスクに障害が発生しても、 残りの1台が正常であれば、稼働し続けることが出来ます。 また、障害が発生したHDDを交換して、RAID1の状態(2本のディスクに全く同じデータが保存されている状態)に戻すことも出来ます。 このRAID状態を復旧することをrebuild(再構築)と呼びます。 RAID1を構成すると、実際に使用できるHDD容量は半分になります。 RAID5 RAID5では、複数のディスクにデータを分散して書き込むとともに、 パリティと呼ばれるエラー訂正のためのデータを幾つかのディスクに書き込みます。 RAID5で運用中にどれか1本のディスクに障害が発生した場合、 パリティ演算によりデータ読み出しや復旧を行うことが出来ます。 RAID5を構築するためには3台以上のディスクが必要となり、 実際に使用できるHDD容量は、RAID5を構成しているHDD本数から約1本分減った容量になります。 RAID10 RAID10はRAID1とRAID0を組み合わせたRAIDになります。 つまり、2本1組のRAID1で構成したアレイを複数個つくり、RAID0として組み合わせます。 RAID1のミラーリングによる耐障害性と、RAID0のストライピングによる高速化の両方のメリットを併せ持ちます。 RAID10では、RAID1として構成したアレイごとに1本のディスク障害に備えることが出来ます。 つまり、HDD4本でRAID10を構築した場合、2台1組のRAID1のアレイが2組構成されることになります。 それぞれのアレイで1本ずつであれば、2本同時のHDD障害から守ることが出来ます。 2本のHDD障害が同じアレイで発生してしまった場合はデータ復旧することが出来ません。 RAID10を構築するためには、4本以上のディスクが必要となり、実際に使用できるHDD容量は半分になります。 各RAIDの特徴 各RAIDの特徴を表にまとめます。 RAID0 RAID1 RAID5 RAID10 最小構成HDD数 2本 2本 3本 4本 耐障害性 なし 1ディスク 1ディスク それぞれのアレイ毎の1ディスク 実際に使用できる容量 構成HDDの全容量 構成HDDの半分の容量 構成HDDから1本分減らした容量 構成HDDの半分の容量 メリット データの読み書き速度が速い 安価な製品に実装できる HDD使用効率が良い 冗長性が高い デメリット 冗長性が無い HDD容量使用効率が悪い 高価格 HDD容量使用効率が悪い まとめ• ・RAIDはHDD障害から録画データを守る仕組みです。 ・RAIDには種類がありそれぞれ特徴があります。 ご利用用途に合わせたRAIDを選択して下さい。 ・HDD障害は避けられないもの。 もしもの場合に備えRAIDをオススメします。 最後まで読んでいただきありがとうございました。 月に1度ほどお得な情報、お役立ち情報をお届けします。 ぜひご登録ください!.

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