人間がデジタル時代を深く掘り下げるにつれて、より高速で信頼性の高いサーバーとストレージ システムに対する需要が高まり続けています。データ ストレージと処理のニーズの例として、Google毎日サーバーを介して20 ペタバイトのデータ情報を処理します。
壊滅的な障害を回避する方法として、企業はサーバー アレイを構築します。サーバー アレイは、デジタル情報の処理に使用されるストレージ ドライブの広大なネットワークです。XNUMX つのドライブが故障した場合、損傷したドライブを交換すると、もう XNUMX つのドライブがそれを補います。
では、データを失うことなく、またはダウンタイムを引き起こすことなく、これをどのように行うのでしょうか?RAID テクノロジーと RAID レベル。
RAID とは具体的にどのようなもので、どのように機能しますか?
独立したディスクの冗長アレイOR RAID は、アレイと呼ばれる複数のハード ドライブに情報を保存することで、データ損失を減らし、読み取り/書き込みパフォーマンスを向上させることができるデータ ストレージの方法です。これが可能なのは、ほとんどの RAID テクノロジーがデータストライピングシーケンシャル データ (ファイル、ビデオ、ドキュメントなど) を連続したセグメントに分割または分割します。その後、セグメントはドライブに順番に保存されます。
3 ハード ドライブ RAID アレイでのビデオ ファイル ストライピングの例
たとえば、ビデオ ファイルが 4 つの連続するセグメントに分割されているとします。A1-A4 で、RAID アレイに 3 台のハード ドライブがあり、A1 はハード ドライブ #1 に保存され、A2 はハード ドライブ #2 に保存され、A3 はハード ドライブ #3 に保存され、A4 はハード ドライブ #1 に保存されます。ハード ドライブ #XNUMX 上位。
ファイルを取得しようとすると、コンピューターは最初のハード ドライブに A1 をロードするように要求し、すぐにセグメント A2 の次のハード ドライブに移動します。これは、ハード ドライブ #1 がビジーであるためです。これにより、コンピュータは A1 ～ A3 をロードしてから A4 を同時にロードできます。40 分間のビデオを読み込もうとすると、コンピュータは 4 分間のクリップを 10 つ読み込んでから、それらを XNUMX つのファイルとして表示し、取得プロセスを高速化します。
一部の RAID レベルでは、ミラーリング技術が使用されます。それは何ですか？
データの損失を防ぐために、一部の RAID アレイはミラーリングを使用します、作成および保存された情報をコピーします。ストライピングは速度に重点を置いていますが、ミラーリングはハード ドライブに障害が発生した場合にデータのコピーを確保することに重点を置いています。ミラーリングは、すべてのセカンダリ ドライブがプライマリ ドライブの正確なコピーであることを保証することによってこれを行います。
たとえば、コンピュータに XNUMX 台のハード ドライブがあり、プライマリ ハード ドライブが動作しなくなった場合、システムは気付かないうちに自動的にセカンダリ ハード ドライブに切り替わります。オペレーティング システム、個人設定、および作成して保存したすべてのファイルは、元の場所に表示されます。非 RAID セットアップでは、ハード ドライブの障害は、そのドライブ上のすべてのデータが回復不能になる可能性があることを意味します。
3 つの異なる RAID タイプまたは実装
さまざまな RAID レベルに入る前に、RAID セットアップをコンピュータ システムに実装する方法がいくつかあることを述べておくことが重要です。これらの実装は、次のように分けることができます。ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアベース、対応する RAID コントローラを使用します。
別の記事では、ハードウェア RAID コントローラーとソフトウェア RAID コントローラーの主な違いについて説明し、それぞれの利点、欠点、および一般的なユース ケースについて詳しく説明します。
RAID コントローラとは何ですか?
RAID コントローラ管理と責任を負うハードディスク アレイとの間の情報の流れを指示します。RAID コントローラがなければ、RAID アレイは単なるハード ドライブの集まりです。RAID コントローラは、XNUMX つの方法のいずれかで実装できます。
1. ハードウェア RAID コントローラ
通常、ハードウェア RAID コントローラは、RAID アレイとの間の情報の流れに直接影響する専用の物理チップまたはカードです。これは、リモート サーバーを使用するデータ センター バンキングまたはシステムで最も一般的に使用されます。
2. ソフトウェア RAID コントローラ
ソフトウェア RAID コントローラは、コンピュータのオペレーティング システムで直接動作するソフトウェアです。中央処理装置 (CPU) など、コンピューターの既存のハードウェア リソースを使用して、情報の流れを指示および管理します。これは、ホーム コンピューターの RAID アレイ セットアップでは一般的です。
3. ファームウェアベースの RAID コントローラ
ファームウェアベースの RAID コントローラは、コンピュータのマザーボードにプリインストールされているチップであり、機能するためにドライバが必要です。チップはブート中にアクティブになりますが、オペレーティング システムがロードされると、すべての制御が適切なドライバーに渡され、すべての操作が CPU に転送されます。このタイプの RAID コントローラーは、ハードウェア支援ソフトウェア RAID とも呼ばれ、ハードウェア RAID コントローラーよりも安価ですが、システムにより多くの負荷をかけます。
0 から 6 までの標準 RAID レベル
どの RAID コントローラが使用されているかに関係なく、RAID レベルは、ドライブ間でデータを分散するために使用される特定のアーキテクチャを指します。使用する RAID レベルは、求めているパフォーマンスと必要なフォールト トレランスのタイプに基づいて決定されます。
RAID 0
通常、ハード ドライブのペアを使用する RAID 0 は、シーケンシャル データを分割して複数のドライブに保存することで機能します。このレベルでは、RAID 0 はミラーリングを使用しないため、データの損失を心配することなく、ハード ドライブのパフォーマンスと速度を最適化することがすべてです。
保存されたデータを取得し、それをストライプ ユニットまたはセグメントに分割してから、アレイ内のハード ドライブに分散することで機能します。これにより、同時に複数のハード ドライブでデータを処理するため、RAID 0 セットアップでデータの書き込みと読み取りを高速に行うことができます。ただし、このセットアップでドライブの XNUMX つに障害が発生すると、すべてのデータが失われます。
RAID 1
RAID レベル 1 は、データの冗長性に完全に重点を置いており、ドライブに障害が発生した場合でも情報を安全に保ちます。これを実現するために、RAID 1 はデータを削除せず、情報を XNUMX 番目のドライブ (ミラー) にコピーします。
このようにして、読み取りパフォーマンスが向上します。つまり、両方のドライブに同じ情報があるため、コンピューターはいつでもどちらのドライブにもアクセスできます。XNUMX つのドライブが使用中の場合、XNUMX 番目のドライブにアクセスできます。このレベルでは、ある程度の耐障害性を備えた優れたパフォーマンスを得ることができます。ただし、すべての情報を RAID 1 アレイ内の両方のディスクに書き込む必要があるため、書き込み操作の速度は単一のドライブ設定と比較して改善されません。
RAID 2
この RAID レベルはストライピングを使用しますが、ファイルのデータをブロックされたセグメントに分割する代わりに、ビット レベルで分割します。このアレイ セットアップの一部のハード ドライブには、交換するエラーおよび修正コード情報が保存されます。ハミングコード任意のパリティの。この RAID レベルは、より適切な設定に置き換えられたため、現在ではほとんど使用されていません。
RAID 3
RAID 3 は、RAID レベル 2 のアップグレード バージョンです。アレイは、バイト レベルのストライピングを使用してパフォーマンスを向上させる一方で、XNUMX つのドライブをパリティ情報の格納専用にし、残りのドライブにデータを分散させます。ただし、どの I/O コマンドも各ハード ドライブを同時に処理します。つまり、複数の要求を同時に処理できないため、単一のパリティ ディスクによってパフォーマンスが制限されます。
RAID 4
RAID レベル 3 と同様に、このレベルは XNUMX つのパリティ ドライブ専用ですが、ストライプ化するとより大きなセグメントが作成されるため、コンピューターはいつでも任意のドライブにすばやくアクセスしてデータを読み取ることができます。さらに、RAID レベル 4 では、複数の読み取り I/O 機能を同時にアクティブにすることができます。ただし、どの書き込みコマンドでもパリティ ドライブの更新が必要になるため、システムは XNUMX 回限りの I/O 機能に制限されます。このため、レベル 4 はレベル 3 からのわずかなアップグレードにすぎません。
ほとんどの場合、RAID レベル 3 および 4 は RAID 5 に置き換えられます。
RAID 5
これは、速度とデータ セキュリティのバランスが取れているため、最も一般的に使用される RAID レベルです。パフォーマンスを向上させるために、以前の RAID レベルと同様に、データは複数 (通常は XNUMX 台) のハード ドライブにストライピングされます。ただし、パリティ情報も各ディスクに分散され、ローテーション パリティ アレイと呼ばれるものが作成されます。これにより、コンピュータは複数の読み取りおよび書き込み I/O 機能を同時に実行でき、ドライブに障害が発生した場合に可能な限り多くの情報をコンピュータに残すことができます。RAID レベル 5 は最高のパフォーマンスではありません (RAID 0 の方が高速です) が、パフォーマンスと冗長性のバランスが必要なシステムには最適です。
RAID 6
RAID レベル 6 は、RAID レベル 5 と同じシステムをすべて使用しますが、同じ数のドライブに XNUMX 番目のローテーション パリティ アレイも実装します。これは、RAID レベル 6 システムは最大 5 台のドライブ障害を同時に処理できるのに対し、レベル XNUMX システムは一度に XNUMX 台のドライブ障害のみを処理できることを意味します。
パリティ情報の量が 5 倍になるということは、RAID 5 に比べて書き込み操作のパフォーマンスが低下することを意味します。読み取り操作は影響を受けず、読み取り操作は RAID XNUMX と同じくらい高速です。
ネストされた RAID とは何ですか?
上記の RAID レベルのセクションでは、RAID 機能を説明する XNUMX つの重要な用語について説明しました。ストライピング、ミラーリング、パリティ。當それらのうちの XNUMX つが XNUMX つのアレイで使用される場合、これはネストされた RAID と呼ばれます。この例に入る前に、これら XNUMX つの重要な用語の意味を簡単に説明しましょう。
RAID ストライピング
RAID ストライピングとは、一部のデータを XNUMX つのドライブに保存し、そのデータの他のセグメントを別のドライブに保存することです。
RAID ミラーリング
RAID ミラーリングは、冗長性のために、あるドライブから別のドライブにデータを複製することです。データを損失から保護します。
RAID パリティ
RAID パリティは、複雑な数学的計算を使用して、ハード ドライブの障害時に失われたデータを再構築します。
RAID 10 または RAID 1+0
ネストされた RAID の良い例はRAID レベル 10 または RAID 1+0。これは、RAID 0 と RAID 1 のレベルを組み合わせたもので、少なくとも XNUMX 台のハード ドライブを備えたアレイでのみ機能します。ストライピングまたはミラーリングのみに依存する他の RAID レベルとは異なり、RAID 10 は両方の機能を組み合わせてパフォーマンスを向上させますが、コストは高くなります。この RAID レベルでは、ディスク ストライピングの速度が得られますが、ディスク ミラーリングのデータ冗長性も得られます。
RAID 1+0 としてセットアップしてデータをミラーリングし、それらのミラーをストライプ化するか、RAID 0+1 としてセットアップしてデータを複数のハード ドライブにストライプ化してから、ディスクはミラーリングされます。RAID 10 は、いずれかのドライブ セットの XNUMX つのドライブが故障したり、両方のドライブ セットの XNUMX つのドライブが同時に故障したりするのを防ぎたい場合に必要なものです。
この RAID レベルは通常、年中無休で実行する必要があるサーバーまたはアプリケーションに使用されます。RAID 10 の欠点は、アレイ内のドライブの 50% 以上を失うと、すべてのデータが失われることです。
RAID よくある質問
どの RAID レベルが最適ですか?
各 RAID レベルには独自の長所と短所がありますが、レベル 0、1、5、および 10 が最も一般的です。レベル 0 と 5 は、それぞれ高速でより多くのストレージを提供しますが、セキュリティが低く、コストが高くなります。レベル 1 はより優れた保護を提供しますが、速度に欠け、ストレージ スペースを犠牲にします。レベル 10 は、レベル 0 とレベル 1 の両方の長所を提供するため、おそらく最もバランスが取れていますが、より多くのハード ドライブが必要になるため、コストがはるかに高くなります。
異なるサイズのハード ドライブを RAID できますか?
はい。ただし、ストレージ スペースが犠牲になる場合があります。たとえば、256 GB のプライマリ ドライブと 512 GB のセカンダリ ドライブで RAID レベル 1 を使用すると、セカンダリ ドライブはストレージの半分しか使用しないことになります。ドライブを切り替えるということは、データの半分だけがミラーリングされることを意味し、プロセス全体が無関係になります。
ソリッド ステート ドライブを RAID できますか?
はい、どのハード ドライブも RAID アレイで使用できますが、速度とストレージは通常、利用可能な最も低速で最小のドライブに制限されるため、同様のハード ドライブをお勧めします。類似または同一のドライブを使用すると、この制限がなくなります。
NVMeドライブをRAIDできますか?
はい、他のハード ドライブと同様に、NVMe ドライブも RAID アレイで使用でき、パフォーマンスが大幅に向上します。ただし、これらのドライブはそれ自体ですでに非常に強力であり、平均データ転送速度が一般的な SSD の XNUMX 倍以上であるため、このタイプのセットアップは消費者にとって実用的ではありません。
RAID レベルの比較
環境に合わせて XNUMX つの特定の RAID レベルの間で決定しようとしている場合、決定を容易にするためにいくつかの詳細な比較を作成しました。
- RAID 0 および RAID 1
- RAID 1 および RAID 5
- RAID 5 および RAID 6
- RAID 5 および RAID 10
