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RAIDとは

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RAIDについて

RAIDについて

RAID構築のメリットとデメリット

RAIDとは

RAIDは「Redundant Arrays of Inexpensive Disks」の略で、複数のHDDを組み合わせて仮想的に一つのドライブとして認識させる技術です。RAIDを使用する主な目的は、データの分散書き込みによる処理速度向上や、万が一HDDが故障した際もアクセスやデータ復旧が可能になる安全性の確保などです。信頼性を求められるビジネスシーンで使用されることが多いRAIDの技術ですが、モードの組み合わせがいくつかあり、冗長性を重んじるか処理速度を求めるかなど、RAIDを使いたい理由(目的)によってRAIDを組むモードを選びます。

RAID構築のメリット

RAIDを構築し、複数のHDDを仮想的に一つのドライブとして使用するメリットには以下のようなものがあります。

1.データ処理速度の向上が見込める
大量のデータを処理する場合、単体のHDDに保存するよりも複数のHDDに分散して保存するほうが、データの処理速度が増します。「RAID0」(ストライピング)という技術により、二台以上のHDDで交互に処理を行い待ち時間を減らすことができます。但し、「RAID0」は、データ保護機能がないため、他のRAIDと組み合わせて使わないと、動作不良に陥ります。
2.冗長性が増すため、耐障害性、信頼性が担保できる
RAIDの一番のメリットは、「冗長性の確保」です。予備ディスクを用意しHDDの障害に備え、安全性・信頼性を高めることを「冗長化」と言います。RAIDは複数台のHDDを組み合わせることで「冗長性」を確保しますが、冗長性を高めるほど、導入コストがかかってしまいます。事業の性質や規模などにより、どの程度の「冗長性」が必要かの見極めが必要です。
3.容量を増やすことができる
近年HDDは大容量化し、数テラバイトの容量を持ったHDDも少なくありません。RAIDシステムを導入すると、システム全体の容量が増え、より多くのデータを保存することができますし、システム全体の容量が多いと適度な空き容量も確保できるため、データ処理速度も早まります。RAIDレベルによっては、全てのHDDにデータを保存できるわけではありませんが、RAIDを組むことで仮想的な大容量ディスクスペースを用意できます。この領域は複数のボリュームに分割して使用することも可能です。
RAID構築のデメリット・注意点

RAIDは大変便利な仕組みですが、以下のようなデメリットもあります。認識した上で活用することが求められます。

1. 利便性と引き換えに故障リスクが上がる
1. 確かに「RAID0」を使って複数台のHDDを一つのドライブとして認識させれば、データ転送速度は速くなり、処理能力は高くなるのですが、複数台のHDDのうちどれか一つでも故障してしまうと、データの読み書きができなくなってしまいます。HDDを1台で使うよりも故障リスクは高いので、バックアップを欠かさず行うよう注意が必要です。
2. データの削除には注意が必要

「RAID1」でシステムを組んでいると、2台以上のディスクに同時に同じデータを書き込むため、1つのディスクから誤って削除してしまったデータはもう1台のディスクに残っているのではないかと思ってしまいがちですが、残念ながら1台のディスクからデータを削除してしまうと、もう1台のディスクからもデータは消えています。ミラーリングの落とし穴です。

3. ソフトウェアトラブルには非対応
RAIDを構築しているから、何かトラブルがあっても大丈夫…などと過信は禁物です。例えばウイルスに感染したり、プログラムファイルが破損していた場合など、全てのHDDがだめになってしまう可能性があります。いくらRAIDに冗長性があるとはいえ、ソフトウェア的なトラブルに弱いという欠点があります。バックアップを欠かさなければ、このようなトラブルにも慌てる必要はありません。

RAIDレベルについて

RAIDにはさまざまな組み合わせがありますが、現在一般的に広く利用されているのは、「RAID6」「RAID10」あたりではないでしょうか。(「RAID5」も広く使われていますが、「RAID2」~「RAID4」については、現在ではあまり使われていません。)

「RAID6」は、ストライピングでデータを分割。パリティーを計算し、計算結果はHDDの異なるブロックに格納されます。「RAID10」は1つのデータを複数のHDDに分散して書き込む「RAID0」(ストライピング)の特長と、同じデータを複数のHDDに保存する「RAID1」(ミラーリング)の特長を併せ持っています。データを書き込む際にミラーリングをした後、その結果を複数のHDDにストライピングします。

「RAID6」と「RAID10」は、どちらも耐障害性があるため、企業等で広く使われているRAIDレベルの代表です。

RAIDレベル比較表

現在使用されているRAIDレベルは、「RAID0」「RAID1」「RAID5」「RAID6」「RAI10」などがあります。(他にもありますが、ここでは割愛させていただきます。) RAIDレベルの特長を比較しやすいように表にまとめてみました。

RAID0 RAID1 RAID5 RAID6 RAID10
必要ディスク台数 2台以上 2台 3台以上 4台以上 4台以上
ディスク容量の利用効率 (%) 100 50 (n-1)÷n ×100 (n-2)÷n ×100 50
耐障害性 ×
初期導入コスト 安価 普通 普通 高額 高額
RAID0
必要ディスク台数 2台以上
ディスク容量の利用効率(%) 100%
耐障害性 ×
初期導入コスト 安価
RAID1
必要ディスク台数 2台
ディスク容量の利用効率(%) 50%
耐障害性
初期導入コスト 普通
RAID5
必要ディスク台数 3台以上
ディスク容量の利用効率(%) (n-1)÷n ×100
耐障害性
初期導入コスト 普通
RAID6
必要ディスク台数 4台以上
ディスク容量の利用効率(%) (n-2)÷n ×100
耐障害性
初期導入コスト 高額
RAID10
必要ディスク台数 4台以上
ディスク容量の利用効率(%) 50%
耐障害性
初期導入コスト 高額

※「RAIDレベル比較表」の「n」は、ディスクの台数です。

RAIDレベル詳細

RAID0ストライピング
RAID0(ストライピング)
RAID0(ストライピング)のイメージ図
1つのファイルをA1~A10に分割し、複数のディスクに同時に分散して書き込むイメージ
RAID0 0
  • 必要HDD数:2台~
  • 特徴:耐障害性は全く無いが、読み書き速度が上がる。

RAID 0は、データをブロック単位に分割し、複数のディスクに分散してデータを書き込むことにより、データ転送の高速化が見込めます。「ストライピング」と呼ばれていて、冗長性がなく、耐障害性もありません。冗長性を持たないという意味でRAID0というRAIDレベルが付与されています。1台のディスクが故障すると、アレイ全体が使えなくなるので、故障率は、単体のディスクを使用する場合より高くなります。冗長性がないため、一般的にRAID1やRAID5など他のRAIDレベルを組み合わせて使用します。最低2台のディスクが必要ですが、ディスクの台数が増えるほど、ランダムアクセスやシーケンシャルアクセスが高速になります。(ランダムアクセス速度を向上させるためには、各種サイズの設定や先読み深度の設定が必要になります。)

  • ランダムアクセスとは、記憶領域にアクセスする際、並んだ順番とは無関係に指定の位置のデータ領域にアクセスし、読み書きを行うことです。
  • シーケンシャルアクセスとは、記憶領域にアクセスする際、順次連続して読み書きを行うことです。
RAID1ミラーリング
RAID1(ミラーリング)
RAID1(ミラーリング)のイメージ図
A1~A5の同じデータを複数のディスクに同時に書き込むイメージ
RAID0 1
  • 必要HDD数:2台~
  • 特徴:容量効率はよくないが、冗長性が見込める。

RAID 1は複数台のディスクに同時に同じ内容を書き込みます。最低2台のディスクが必要です。「ミラーリング」と呼ばれていて、最もシンプルな方法です。冗長性を求める際に使用する方法です。冗長性の向上と引き換えに容量効率はディスクの台数が増えるほど低くなります。(n台のディスクを使用したアレイでは、容量効率は、1/nとなります。2台のディスクを使用した場合1台分の容量しか使用できません。)RAID1のみのアレイでは、高速化は限定的で、他のRAIDを組み合わせての使用が現実的です。注意しなければいけないのは、ミラーリングで組んでいるディスクの片方のデータを削除しても、もう一方のディスクに残っているから大丈夫…などと勘違いするケースがありますが、ミラーリングは、バックアップではありません。片方のディスクからデータを削除した場合、同期が行われ、もう一方のディスクからもデータは消えています。

RAID10ミラーリング + ストライピング
RAID10(ミラーリング + ストライピング)
RAID10のイメージ図
RAID1+RAID0 ミラーリングとストライピングの両方の性質を活かした書き込みのイメージ
RAID 10
  • 必要HDD数:4台~
  • 特徴:高速化と耐障害性の両方が見込める。

RAID 10は、RAID1(ミラーリング)とRAID0(ストライピング)を組み合わせたRAIDレベルです。RAID0の弱点のランダムアクセスをRAID1の特性でカバーし、データ転送の高速化が叶います。最低4台のディスクが必要なので、初期導入コストがかかりますが高速化と冗長化の両方が見込めます。冗長性を得たことで過度に安心し、バックアップをとっていなかったという事例が多いのですが、複数のミラーリング構成のディスクが故障するとデータが完全に消滅してしまう可能性があります。バックアップを欠かさないようにする必要があります。また、自己判断によるリビルドでRAID構成が壊れ、致命的な障害に移行する可能性があります。RAID10は、障害が発生していることに気が付きにくいRAID構成です。異変に気がついた時点で専門業者に相談してみるのが賢明です。

RAID5分散データ ガーディング
RAID5
RAID5のイメージ図
A1~A5の同じデータを複数のディスクにパリティ分散記録するイメージ
RAID0 5
  • 必要HDD数:3台~
  • 特徴:容量効率はよくないが、高速化が見込める。

RAID 5は、複数のHDDに誤り訂正符号データと共に分散記録する方式で、最低でも3台のディスクが必要です。RAID0のように複数のディスクにデータが分散しているため、読み込みが高速です。但し、書き込みには、パリティブロックの作成が必要になり、パリティ読み込み・パリティ演算を行う時間がとられますが、高価格帯製品では、パリティをキャッシュに保存し、I/Oプロセッサや専用のカリキュレータで演算するため、大幅な速度低下にはつながりません。HDDの台数が増えるほど高速化が見込めます。1台までのディスクが故障してもデータ復旧が可能です。2台以上のディスクが同時に故障すると回復は難しくなります。

  • パリティとは、データの誤り検出に用いられる方法の一つです。1ビットの誤り検出しかできませんが、計算や検証が高速で容易なため、広く一般的に使われています。
  • I/Oプロセッサとは、CPUに依存せず、コンピュータシステムの入出力制御機能を独立して行う処理装置のこと。入出力プロセッサ。
RAID6複数分散パリティ
RAID6
RAID6のイメージ図
A1~A5の同じデータを複数のディスクにパリティ分散記録するイメージ。パリティを二重に生成。
RAID0 6
  • 必要HDD数:4台~
  • 特徴:容量効率はよくないが、耐障害性と高速化が見込める。

RAID 6は、RAID5同様に複数のHDDに誤り訂正符号データと共に分散記録する方式で、耐障害性を高める目的で「パリティ」を二重に生成します。RAID5の場合、1台のディスク障害があっても稼働できますが、RAID6は、2台故障しても稼働可能です。HDDの台数が増えるに従い、容量や速度の効率化が叶います。読み込み速度は速いですが、パリティ計算が必要なため、書き込みの処理速度は読み込み速度と比べると若干遅くなります。「パリティ」を二重に生成することで耐障害性は高まりますが、容量効率はRAID5よりも下がります。最低でも4台のディスクが必要で、初期導入コスト(イニシャルコスト)が高いですが、データ転送の速度が早く、事業の継続性・信頼性を担保できることで、広く採用されているRAIDレベルです。

RAID障害時の注意点

RAID崩壊の危険性

RAIDは、管理者がNASやサーバーにRAID構成の設定を行うと機器が内部でパリティを生成し、RAIDアレイを構築します。パリティとは、データの受け渡しや保存の際に誤りを検出・訂正できるように計算される誤り符号のことです。冗長性、高速化、大容量化などでメリットが多いRAID構成ですが、RAID構成によっては、障害に気が付きにくいこともあり、RAID崩壊につながらないよう注意が必要です。

RAID障害の症状

RAID障害の症状には、主に以下のようなものがあります。

  • 保存したデータが無くなっている
  • 特定のHDDが壊れているとエラーメッセージがでる。
  • データの書き込みが出来なくなった。
  • 共有フォルダにアクセスできない
  • NASやサーバの液晶部分に「RAID Error」という表示が出たり、ステータスランプが赤色等で点滅

※メーカーや機種により、エラーの通知方法は異なります。詳細は機種毎のマニュアルをご確認下さい。

RAID障害時に注意すべきこと

RAIDは、目的によって容量が増やせたり、冗長性や高速化がみこめる大変実用性が高い技術ですが、寿命があるストレージを使用する以上、故障のリスクを免れることはできません。RAIDの特徴として、1つのディスクが壊れても他のディスクが補ってしまうため、障害に気が付きにくい場合がありますが、前記のように管理画面等でエラーが表示されたり、データにアクセスできなくなった、データの保存ができなくなった場合、RAID内のデータを完全に失ってしまわないために注意すべき点がいくつかあります。

HDDを単体でPCと繋がない
RAIDが組んであるNASやサーバからHDDを1台取り出してPCと繋いでも、保存しているデータにアクセスすることはできません。PCに繋いだ時に、「フォーマットしますか?」とメッセージが出た場合、「はい」をクリックしてフォーマット(初期化)してしまうと、HDD内のデータは消滅してしまい、再度RAID構築を試みても、データの読みとりができなくなります。通電が行われることで、データの上書きがされてしまう危険性もあり、HDDを単体でPCと繋ぐ行為は症状の悪化を招きかねないので注意しなければなりません。
リビルドはリスクが高い
リビルドは、RAID構成のアレイで複数台のディスクを統合して運用している中で、ディスクに障害が発生しデータへのアクセスができなくなった時に行う再構築作業のことですが、大変に難易度が高く、場合によってはそれまで障害が起きていなかったディスクにまで障害が派生してしまうことがよくあります。新しく入れ直すディスクには、残りのディスクにあるデータをコピーして入れたり、誤り符号を計算し直していれたりするプロセスが必要となりますが、ここで注意しなければいけないことは、RAIDに組み込んでいる他のディスクは障害が起きてしまったディスクとほぼ同じ時間稼働しているため、残っているディスクにも障害が発生している可能性があるということです。気が付かずリビルドしてしまうと、RAID崩壊し、全てのデータが失われてしまうばかりか、復旧することも困難になってしまいます。
ディスクの順番を入れ替えたり交換をしない
ディスクの入れ替えは、RAID構成により、可能な台数が決まっています。けれども、その障害のあるディスクの交換の際にも自動的にリビルドが行われます。リビルド中に他のディスクにも障害が発生していた場合、リビルドが失敗し、正しくないデータが上書きされてしまうリスクがあります。又、RAIDコントローラにより、複数台のディスクには、規則性に則ったルートが設定してあります。障害のあったディスクを入れ替える際にも、順番を間違えたり、元の位置と違う場所に入れてしまうとシステムの規則性が混乱をきたし、データの上書きが行われ、元のデータの復旧も困難になります。ディスクを入れる順番を間違えてしまったと気が付いたときは、元に戻そうと思わず、冷静に電源を切り、専門業者に相談しましょう。
RAIDカードの交換を安易に行わない
RAIDカードは、複数の記録媒体を束ねて仮想的に1つのドライブとして認識させ、運用管理を行うための制御装置です。RAIDカードは、RAID機能の構成・制御を行っていて、ここが故障してしまうとNASやサーバなどのRAIDを構成している機器が機能不全に陥ります。その結果HDDと通信できなくなり、認識しなくなります。RAID構成情報は、RAIDカードのみならず、各HDD内にも保存されていて、RAID構成の変化の検出や正誤チェックをして正しい情報でRAIDアレイを構築しています。RAIDのトラブルの殆どはRAIDを構成しているディスクの不具合です。HDDのプラッタにセクタ不良が発生すると、RAIDカードは、ディスクに損傷があると認識します。RAIDカードに例え不具合が発生した場合でも安易に交換を考えるのは禁物です。RAIDカードには互換性があり、専門的な知識がないと、正しいものと交換するのは至難の業です。互換性がないRAIDカードに交換してしまうとデータの規則性が破綻し、データにアクセスできなくなるばかりでなく、復旧さえも困難になってしまうリスクがあるからです。

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