RAIDストレージレベル0、1、5、10とは

公開: 2022-03-25

RAIDとそのさまざまなタイプとは何ですか？「RAID」（「独立ディスクの冗長アレイ」、「安価なディスクの冗長アレイ」と呼ばれることもあります）は、複数のディスクドライブを論理コンポーネントに統合して、データの冗長性、パフォーマンスの向上、またはその両方を提供するストレージ仮想化テクノロジーです。

これは、「シングルビッグコストディスク」またはSLEDと呼ばれる高品質のメインフレームディスクドライブの古い考え方の反対です。

RAIDとは正確には何ですか？さまざまな種類がありますか？

データは、冗長性の量とパフォーマンスに基づいて、RAIDレベルで知られるさまざまな方法でドライブ全体に分散されます。データを配布するためのさまざまなスキームまたはレイアウトは、「RAID」という用語で識別され、その後に番号が続きます。たとえば、RAID1またはRAID2です。

各スキームとRAIDレベルには、可用性、信頼性パフォーマンス、および容量という主要な目標の間でさまざまなレベルのバランスがあります。 RAID 0よりも高いRAIDレベルは、回復不能なセクター読み取りミスを保護し、すべての物理ドライブの障害の可能性から保護します。

概要

多くのRAIDレベルでは、「パリティ」と呼ばれるエラー防止方式が使用されています。これは、情報技術の分野で使用される非常に一般的な方法です。特定のデータコレクションにフォールトトレランスを提供します。

多くのRAIDレベルが基本的なXORを使用しています。ただし、RAID 6は、特定のリードソロモンエラー訂正またはガロアフィールドでの乗算と加算に基づく2つの別個のパーティを使用します。

RAIDは、完全なSSDシステムのコストをかけずに、ソリッドステートドライブ（SSD）を使用してデータのセキュリティを提供することもできます。たとえば、高速SSDは、電子ドライブを使用してミラーリングできます。可能な限り最速の速度を提供するには、読み取り操作ごとに高速SSDを利用する適切なコントローラーが必要です。これは「ハイブリッドRAID」と呼ばれます。

標準レベル

最初は、5つのレベルのRAIDがありました。それ以来、いくつかのレベルがネストされているだけでなく、標準ではない（ほとんどが排他的）いくつかのレベルで、多数のバリエーションが開発されています。 RAIDレベル、およびそれに関連するデータの形式は、 Storage Networking Industry Association（SNIA）を通じてCommon RAID DDF PDisk Drive Format）標準で標準化できます。

RAID 0

ストライピングの一種です。ただし、ミラーリングもパリティもありません。スパンボリュームと比較すると、そのボリュームの容量はまったく同じです。これは、セット内のドライブの合計容量です。ただし、ストライピングはすべてのファイルの内容をセットのすべてのドライブに拡散するため、いずれかのドライブに障害が発生すると、ファイル全体またはボリュームが失われる可能性があります。

スパンボリュームの場合とは対照的に、障害のないドライブにあるファイルを保持します。利点は、特定のファイルへの読み取りおよび書き込み操作の速度がドライブの数によって向上することです。スパンボリュームとは異なり、読み取り操作と書き込み操作は同時に実行されます。

RAID 1

RAID 1はデータミラーリングで構成されていますが、ストリッピングやパリティはありません。データは複数のドライブと同様の方法で書き込まれるため、ドライブで構成される「ミラーリングされたコレクション」になります。

これは、すべての読み取り要求がセット内の任意のドライブによって処理されることを意味します。コレクション内のすべてのドライブにリクエストが送信された場合、最初にアクセスできるドライブを介してリクエストを処理できます（ローテーションの待ち時間によって異なります）。これにより、パフォーマンスが向上します。

コントローラまたはプログラムが最適化されている場合、持続的な読み取りスループットは、前のレベルとまったく同じように、セット内の各ドライブの合計スループットと同様になります。多くのRAID1実装の実際の読み取りスループットは、最も強力なドライブとは対照的に遅くなります。

すべてのドライブをアップグレードする必要があるため、書き込みスループットは一般に遅くなり、速度が最も遅いドライブが書き込み速度を制限します。アレイは、少なくとも1台のドライブが動作している限り機能し続けます。

RAID 2

RAID 2は、ハミングコードパリティに基づくビットレベルのストライピングで構成されています。すべてのディスクスピンドルの回転が同期され、データが分割されて、すべてのシーケンシャルビットが1つのドライブに保存されます。ハミングコードのパリティは、同一のビット間で計算でき、パリティ用に少なくとも1つのドライブに保持されます。

これは歴史的に重要なことです。特定の古いマシン（たとえば、Thinking Machines CM-2のマシン）で使用されていたとしても、執筆時点では、市販されているシステムでは使用されていません。

RAID 3

RAID 3は、パリティ専用のバイトレベルのストライピングです。すべてのディスクスピンドルの回転が同期されます。データは分割され、各シーケンシャルバイトは完全に異なるドライブに配置されます。パリティは同一のバイトで計算され、別のパリティドライブに保存されます。 RAID 3は現実の世界では広く使用されていませんが、実装は存在します。

RAID 4

RAID 4は、専用パリティを備えたブロックレベルのストライピングで構成されています。これは以前はNetAppで使用されていましたが、現在はRAID-DPと呼ばれる2つのパリティディスクを備えたプライベートバージョンのRAID4に大幅に置き換えられています。

RAID2および3に対するRAID4の主な利点は、I/Oの並列化です。つまり、RAID 2および3では、単一の読み取りI / O操作には、データドライブのアレイ全体の読み取りが含まれます。ただし、RAID 4では、1つのI/O読み取り操作をすべてのドライブに分散させる必要はありません。同様に、並列で実行できるI / Oプロセスの数が増えるため、小規模な転送の効率が向上します。

RAID 5

RAID 5は、分散パリティを持つブロックレベルのストライピングで構成されています。 RAID 4とは対照的に、パリティ情報はドライブ間で共有されるため、1つを除いたすべてのドライブが動作している必要があります。単一のドライブの場合、データが失われないように、分散パリティを使用して将来の読み取りを計算できます。 RAID 5には、少なくとも3つのディスクが必要です。

すべてのシングルパリティのアイデアと同様に、大規模なRAID5の実装はシステムの誤動作の影響を受けやすくなっています。この理由は、アレイの再構築に必要な時間の傾向と、再構築の過程でドライブに障害が発生する可能性があるためです。アレイの再構築には、すべてのディスクを使用してデータを読み取ることが含まれ、別のドライブの障害が発生したり、すべてのアレイが破壊されたりする可能性があります。

RAID 6は、二重の分散パリティを持つブロックレベルのストライピングで構成されています。ダブルパリティにより、最大2台の故障したドライブの障害に耐えることができます。これは、大容量のドライブは修復に時間がかかる可能性があるため、特に高可用性システムでは、より大きなRAIDグループがより実現可能であることを意味します。

RAID 6

RAID 6には、少なくとも4つのディスクが必要です。 RAID 5と同様に、単一のドライブに障害が発生すると、アレイを交換するまでアレイ全体のパフォーマンスが低下する可能性があります。さまざまなソースのドライブを利用することで、RAID 5に関連する最も一般的な問題を軽減できます。ドライブの容量とアレイの数が多いほど、RAID6を選択する必要性は低くなります。

ソフトウェアRAID

RAIDコントローラがRAIDシステムの中心部分であることを理解することが重要です。これは、各ハードウェアRAIDとソフトウェアRAIDを含むRAIDディスクアレイ間でのデータの分散に不可欠な機能を果たします。

ソフトウェアRAIDは、ソフトウェアRAIDによって提供される機能を利用します。サーバーのオペレーティングシステムに組み込まれているのは、RAIDソフトウェアまたはRAIDドライバーです。この方法では、ストレージデバイスをリンクするために追加のハードウェアは必要ありません。ただし、サーバーの全体的な処理負荷が増大し、ガジェットによって実行されるRAID計算やその他の機能が遅くなる可能性があります。

多くのサーバーオペレーティングシステムは、Microsoft、Apple、およびさまざまなバージョンのUnix/LinuxシステムからのものなどのRAID構成をサポートできます。ほとんどの場合、ソフトウェアRAIDは使用するオペレーティングシステムによって異なります。したがって、複数のオペレーティングシステム間で共有される部門についてはお勧めしません。

利点

同じオペレーティングシステム（Ubuntuなど）のRAID構成を作成し、それを他の同様のシステムに適用できます。
ソフトウェアRAIDのインストールは、追加のハードウェア機器を必要としないため、費用効果が高くなります。
構成は柔軟で複雑ではないため、RAIDレベルの再構成が可能です。
ほとんどのオペレーティングシステムはRAIDソフトウェア構成と互換性があるため、さまざまな問題の解決に役立つ構成タスクのインストールと完了が容易になります。
ソフトウェアRAIDは、システムに追加の負荷をかけない基本的なRAID 0、1、および10の処理に最も適しています。

短所

サーバーのシステム障害は、データの整合性に悪影響を与える可能性があります。
特定の競合が発生する可能性があるため、システムに複数のドライバーがある場合、ソフトウェアRAIDの実装は有益ではありません。
特定のオペレーティングシステムは、特定の範囲のRAIDのみをサポートします。
ソフトウェアRAIDは、複雑なRAID構成を作成するときに、システムの負荷に大きな影響を与える可能性があります。
クラスター化されたオペレーティングシステムでRAIDを利用する機会はあまりありません。
故障したディスクの修復は複雑になる可能性があります。
ソフトウェアRAIDは、プライマリサーバーに使用されるサーバーのオペレーティングシステム内で実行されるため、マルウェアやウイルスの影響を受けやすくなっています。

ソフトウェアRAIDとその長所と短所のいくつかを調査しています。このアプローチは、予算が限られている小規模なプロジェクトや、電力効率の高いコンピューティングとデータセキュリティの状況に利用できると結論付けることができます。ディスクリカバリと高速データは最優先事項ではありません。

オプションはプロジェクトのニーズと完了する必要のある作業に依存するため、これらは単なる一般的な提案であることに注意することが重要です。

ハードウェアRAID

ハードウェアRAIDは、すべてのドライブが、個々のRAIDカードまたはサーバーに配置されているか、マザーボードに統合されているハードウェアRAIDコントローラーに接続することです。ハードウェアRAIDコントローラーは、セットアップとRAIDアレイを管理します。複数レベルのRAIDをサポートできます。

特定の状況では、RAIDコントローラーがコンピューターのミニチュアバージョンとして機能する場合があります。それは、彼らが彼らの仕事を完了するために特別に設計されたプロセッサーを備えているからです。

ハードウェアRAIDのインストールでは、ドライブはRAIDコントローラーボードを介して相互に直接接続します。これは、大きなサーバーだけでなく、デスクトップコンピューターにも当てはまります。処理ハードウェアRAIDは、ストレージシステムの個別のコントローラー（ATA RAID、SATA、DELTA PLCなど）への参照です。

RAIDはコントローラーのボードによって制御および処理されるため、サーバーのプロセッサーに余分な負荷はかかりません。ハードウェアRAIDは、単一のディスクに障害が発生した場合にディスクを交換するオプションなど、他のいくつかの追加機能も提供できます。さらに、ハードウェアRAIDはソフトウェアRAIDよりも高価ですが、より効率的で機能的な互換性があります。

利点

サーバー、コンピューター、OS間でボックスを簡単に移動できます。
コンピュータの計算能力を高めることができない古いシステムでは、高レベルのシステム効率が非常に重要です。
ハードウェアRAIDはバックアップバッテリとその内部フラッシュメモリを使用するため、バックアップコピーの作成中に電源が遮断された場合、データの破損と損失に対する保護が発生する可能性があります。
バックアップコピーの作成およびデータリカバリのプロセスでRAIDシステムを使用する場合の問題は少なくなります。
ハードウェアRAIDは、バックアップコピーの作成とデータリカバリにキャッシュメモリメモリを使用します。
適切な機器なしでは実現が難しいRAIDを構成する柔軟性。
さらにRAIDレベルを利用できますが、より多くのリソースが必要になります。
あらゆる種類のディスクでうまく機能します。
さまざまなOSとの互換性。

短所：

また、より多くの機器が必要になるため、コストも高くなります。
興味深いことに、ハードウェアRAIDは、そのコストを考慮すると、特定のプロジェクトやタスクの効率が低くなる可能性があります。
RAIDコントローラに障害が発生した場合は、誤動作を防ぐために交換モデルと交換する必要があります。交換用のコントローラーがすぐに利用できない場合は、システムパフォーマンスの遅延が発生する可能性があります。
ハードウェアRAIDを使用すると、さまざまなメーカーのHDDをインストールしたり、SSDおよびHDDドライブをインストールしたりするときに問題が発生する可能性があります。

ハードウェアRAIDの長所/短所を分析すると、予算の制限がない、より高価なプロジェクトを支援するための実行可能なオプションであることがわかります。さらに、データのセキュリティとコンピューティングの能力が不可欠な場合に理想的なオプションです。場合によっては、ハードウェアRAIDは、ストレージデバイスとの相互作用によって問題が発生する可能性があるため、テクニカルデバイスに接続されているプロジェクトに適している場合があります。

ハイブリッドRAID

場合によっては、ハイブリッドRAID製品の方が優れている可能性があります。たとえば、RAIDをマザーボードのBIOSと統合できる場合は、システムの電源がオンになったときに追加の冗長データを提供し、データの破損を防ぐのに役立ちます。

利点

多くの場合、ハイブリッドRAIDシステムには、RAID構成を支援するために使用できるグラフィックユーザーインターフェイスが装備されています。
ハイブリッドRAIDはほとんどコストがかからず、さまざまなプロジェクトに最適です。
ハイブリッドRAIDは通常、同じオペレーティングシステムを実行する複数のシステムで機能できます。
ハイブリッドRAIDは、システムエラーまたは同様の障害によって引き起こされる可能性のある起動中の起動システムの障害から保護する場合があります。

短所

ドライブの交換やデータの回復に関する問題もあります。
ハイブリッドRAIDは、サーバーに過度の負荷をかけ、生産性に影響を与える可能性があります。
一部のオペレーティングシステム（特に最新のオペレーティングシステム）では、RAID用のドライバーを定期的にアップグレードする必要がある場合があります。これにより、ドライバーの競合が発生する可能性があります。
ソフトウェアRAIDはウイルスに感染しやすいため、安全性の低い脅威モデルになる可能性があります。

ただし、ハイブリッドRAIDは優れた選択肢ですが、いくつかの特性があります。これが、さまざまなプロジェクトに理想的な理由です。発生する可能性のある問題と、これらの問題を解決するための最良の方法を事前に知っている場合は、ハイブリッドRAIDを選択することをお勧めします。

さらに、プロジェクトでソフトウェアRAIDとハードウェアRAIDの両方が必要な場合は、理想的な選択肢となる可能性があります。ただし、これらのプロジェクトは通常、非常に具体的です。最終的に、最終的な決定はプロジェクトの固有の目標と要件のみに基づいて行われることを覚えておくことが重要です。