ストレージ技術基礎(3) - RAIDとは

RAID (Redundant Arrays of Independent Disks)

RAIDとは

RAIDとは複数のHDDを組み合わせて、1つの仮想的な1台のHDDに見せかける技術です。複数のHDDにデータを分散することでディスク障害のときにデータの再生を可能にすることが可能する技術です。

RAID技術を使用することで以下のような信頼性とパフォーマンスなどを向上させることが可能です。

  • 信頼性の向上
    複数のディスクにデータを2重で書き込むことで、1台のディスクが壊れてもデータを再生可能

  • パフォーマンスの向上
    データを複数のHDDに分割して、並列入出力することでパフォーマンスを向上させる

  • 保存容量の向上
    複数のHDDを仮想的に1台のHDDとして扱うことで、保存容量を向上

ソフトウェアRAIDとハードウェアRAID

RAIDにはOSや専用ソフトウェアで構成するソフトウェアRAIDと、専用のRAIDコントローラを搭載したハードウェアRAIDに分けられます。

ソフトウェアRAIDとハードウェアRAIDの違いは以下のようになります。

特徴 ソフトウェアRAID ハードウェアRAID
方式 OSやソフトウェアで実現 専用コントローラで実現
コスト 安い 高い
負荷 負荷が高い 負荷が低い
パフォーマンス 低速 高速

ソフトウェアRAIDは、ハードウェアRAIDに比べて安価で、最近のOSには標準でRAID機能が搭載されていますので、簡単にRAIDを実現できます。ただしソフトウェアRAIDはCPUで処理するため、CPU負荷がi高くなるという欠点を持ちます。

ハードウェアRAIDは専用のコントローラでRAIDを実現するため、CPUへの影響もなく、パフォーマンスもソフトウェアRAIDよりも高速です。

RAIDタイプ

RAIDの方法によって、以下のようなタイプがあります。

タイプ 冗長性 手法
RAID0 なし ストライピング
RAID1 あり ミラーリング
RAID5 あり パリティ
RAID10 あり ストライピング+ミラーリング
RAID6 あり 複数パリティ

RAID2/RAID3/RAID4という手法もありますが、現在ではほとんど使用されていません。

RAID0

RAID0は、複数のHDDにデータをブロック単位で分割し、分散して読み書きする手法です。分散されたデータを同時に並行してアクセスできるだめ、高速に読み書きできることが大きな特徴です。この技術をストライピングといいます。

メリット

  • パフォーマンスの向上
  • ドライブ数を増やすことでさらなるパフォーマンス向上が可能

デメリット

  • 冗長性がない
  • 1台のドライブが故障すると全データが失われるため、単体ドライブより故障率は高い

RAID1

RAID1は、ミラーリングともいわれ、複数台のHDDに同時に同じ内容を書き込むことで耐障害性を高めています。同じ内容を別のドライブに書き込むため、1台のドライブが故障しても、もう一方のドライブでそのためRAID1を使用するには、最低2つのドライブが必要になります。

メリット

  • ディスクが故障した場合でも、交換すればバックグラウンドでデータ復旧が可能
  • ディスクが故障しても性能が低下しない
  • ディスクドライブを増やすほど信頼性を上げることが可能

デメリット

  • 複数台に同じデータを持つので、実行容量は半分以下
  • RAID1を構成する場合の容量は、ドライブの中での最小容量になる

RAID5

RAID5はRAID0のストライピングに加えて、単体ディスク障害にも耐えることができるようにしています。具体的には水平パリティを使用して、複数のディスクに誤り訂正符号データを生成して書き込みます。これにより、1台のディスクが壊れても、残りのデータとパリティをもとに欠落したデータを再生成することが可能になります。RAID5には最低3台のドライブが必要です。

メリット

  • パリティを使用した冗長化が可能
  • RAID1に比べてディスクの使用効率が高い
  • データの読み出し性能が優れている

デメリット

  • 2台以上のディスクが壊れた場合は、データの読み書きや回復は不可能
  • データ書き込み時にパリティを生成するため、書き込みパフォーマンスが低下

RAID6

RAID6はRAID5をもとに機能を拡張して、RAID5のデメリットであったディスクの2重障害にも対応できるようにしています。RAID5に加えてさらに別のパリティデータを生成して、2つのディスクに記録させています。RAID6は最低4台のドライブが必要です。

メリット

  • パリティを使用した冗長化が可能
  • RAID1に比べてディスクの使用効率が高い
  • データの読み出し性能が優れている
  • ディスクの2重障害にも対応可能

デメリット

  • 2重にパリティを生成するため、RAID5よりも書き込みパフォーマンスが低下
  • 3台以上のディスクが壊れた場合は、データの読み書きや回復は不可能

RAID10

RAID10はRAID0とRAID1を組み合わせた構成で、ミラーリングとストライピングを組み合わせることで、RAID0の高速化とRAID1の信頼性を同時に実現することが可能です。RAID10は最低4台のドライブが必要です。

メリット

  • データの読み出し性能が優れている
  • ディスクの多重障害に対応可能
  • パリティデータの生成が不要

デメリット

  • 複数台に同じデータを持つので、実行容量は半分以下

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