RAIDテクノロジーは、企業がさまざまな方法でハードドライブのストレージを管理するのに役立ちます。単一のアレイに複数のドライブをRAID構成で配置することで、ストレージチームはハードディスクドライブ（HDD）向けに、保護、性能向上、復旧のためのテクノロジーを活用できます。
RAIDアレイの導入を検討しているなら、主要な各構成について詳しく知り、自社に最適なものを判断しましょう。本ガイドでは、最も一般的なRAID構成それぞれの設計に加え、メリットとデメリットを紹介します。
RAIDレベルを解説
RAIDストレージとは？
RAIDは、Redundant Array of Independent Disks（独立ディスクの冗長アレイ）の略称です。ハードドライブの耐障害性を高めるために設計されたストレージテクノロジーで、連携して動作する少なくとも2台のディスクで構成されるアレイに実装されます。ディスクの正確な台数は、具体的な実装方式によって異なります。
さまざまなRAID構成は、エンタープライズストレージシステムに異なるメリットをもたらします。RAIDは有用な耐障害性対策になり得ますが、バックアップソリューションの代替には適していません。RAIDの実装方式によっては、1台のディスク障害にしか耐えられず、自然発生的または予期せぬハードウェア障害に対応する余地がほとんどありません。
RAIDの仕組みとは？
RAIDの具体的な実装方式によって異なりますが、一般的には2台以上のディスクが連携してデータの読み書き性能を高めます。RAIDコントローラーまたはドライバーを使ってディスクを管理します。RAIDでは構成に応じて、ストライピング、ミラーリング、パリティという3つの主要な方式を用います。性能を高めるRAID構成もあれば、耐障害性を高める構成もあります。両方を実現するものもあります。この記事の後半で、3つの方式を詳しく見ていきます。
RAIDの実装方式とは？
RAIDストレージには、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアという3つの標準的な実装方式があります。
ハードウェアRAID
専用のハードウェアコントローラーが、ハードウェアベースのRAID機能を提供します。IT部門はハードウェアRAIDを、外付けのRAIDコントローラーカード、または内蔵のRAID-on-Chipという2つの方法で導入できます。
- RAIDコントローラーカードは、PCIeまたはPCI-Xのマザーボードスロットに接続するプラグイン拡張カードです。このカードには、RAIDプロセッサーと入出力プロセッサー、ドライブインターフェースが搭載されています。入出力プロセッサーは、メモリーへのデータの読み書きや命令の実行を担う専用プロセッサーです。カードは高価ですが、ホストから独立しているため、すべてのRAID処理を専用カードにオフロードできます。
- RAID-on-Chipは、ホストインターフェース、HDD用のI/Oインターフェース、RAIDプロセッサー、メモリーコントローラーを統合した、マザーボード上の単一チップです。
ソフトウェアRAID
ソフトウェアベースのRAIDは、ホストからRAID機能を提供します。ソフトウェアRAIDには、OSから実行される純粋なソフトウェア定義と、CPUの負荷を軽減するハードウェアコンポーネントを含むハイブリッドソフトウェアの2種類があります。
- ソフトウェアのみのRAIDは、RAIDの種類の中で最も安価です。OSの標準機能として組み込まれていることが多く、接続されたハードディスクドライブのRAID計算を管理するホストベースのソフトウェアアプリケーションです。ホストバスアダプター（HBA）または標準I/Oインターフェースを介して接続され、OSがRAIDドライバーを読み込むと有効になります。
- ハイブリッドRAID、はソフトウェアベースでありながら、ハードウェアコンポーネントを使用して、マザーボードまたはHBA上のRAID BIOSからRAID BIOS機能を提供します。このテクノロジーは、ブートプロセスの障害に対する冗長保護の層を提供します。ソフトウェアのみのRAIDはオペレーティングシステムから起動するため、起動エラーがRAIDサブシステム全体に影響を及ぼす可能性があります。RAID BIOSハードウェアコンポーネントを追加することで、オペレーティングシステムの起動エラーからサブシステムを保護できます。
ファームウェアベースのRAID
ファームウェアベースのRAIDは、対象のコンピューター内で事前に構成されています。通常、RAIDチップはコンピューターのマザーボードに搭載されます。ソフトウェアRAIDとは異なり、コンピューターのOSが最初に起動するときにのみ実装されます。ソフトウェアベースのRAIDと同様、RAIDの制御機能がコンピューターのオペレーティングシステムに接続されているため、OSがほかのリソース負荷の高いタスクを実行している場合やマルウェアに感染している場合は、ハードウェアベースのRAIDより遅くなる可能性があります。
RAIDの各レベルを解説
ハードウェア方式でもソフトウェア方式でも、RAIDにはスキーム、つまりRAIDレベルごとに異なる構成があります。最も一般的に使われるのはRAID 0、1、5、6、10です。RAID 0、1、5はHDDとSSDの両方で動作します。RAIDレベル4と6も両方のメディアで動作しますが、実際にはほとんど使われません。RAID 4はパリティのため書き込み速度が遅く、RAID 6も書き込み負荷の高い処理では同様です。さらに、RAIDレベル2と3は旧式で、実装されることはほとんどありません。
RAID 0
RAID 0は最低2台のディスクを必要とし、ファイルを分割して2台以上のディスクにデータをストライピングし、ストライピングされたディスクを1つのパーティションとして扱います。ストライピング技術はアレイ内の複数のディスクにデータを分散するため、1つのファイルを読み取るには複数のディスクを読み取る必要があります。
RAID 0は冗長性も耐障害性も提供しません。複数のディスクを1つのパーティションとして扱うため、1台でもドライブが故障すると、ストライピングされたファイルは読み取れなくなります。ストリーミングやコンピューターゲームの環境では、最も重視されるのが性能であり、ストリームに障害が起きても元のファイルは残るため、これは克服できない問題ではありません。ただし、高可用性が求められる環境では問題になります。
メリット
RAID 0は速度に優れています。複数のハードドライブが同じファイルの一部を同時に読み書きするため、一般にスループットが高速になります。
デメリット
RAID 0は耐障害性がないため、重要なアプリケーションを支える用途には信頼性が低く、どのような環境のバックアップにも適していません。
RAID 1
RAID 1はディスクミラーリングを使用して、データの冗長性とフェイルオーバーを実現します。各ディスクにまったく同じデータを読み書きします。ミラーリングされたディスクに障害が発生しても、ファイル全体が正常なディスク上に存在します。IT部門が故障したディスクを交換すると、RAIDシステムは交換したドライブに自動的に再ミラーリングします。RAID 1は読み取り性能も高めます。
RAID 1の動作には最低2台のディスクが必要です。ドライブ上の使用可能容量を多く消費しますが、アプリケーションサーバーにおける経済的なフェイルオーバー方式です。
メリット
1台のディスクを別のディスクにコピーすることで、RAID 1はディスク障害によるデータの完全消失の可能性を低減します。
デメリット
2台のディスクに同じデータを保存するため、RAID 1で利用できるのはアレイ全体のストレージ容量の半分だけです。
RAID 5
RAID 5は、ブロックレベルでストライピングとパリティを分散します。パリティは生のバイナリデータであり、RAIDシステムがその値を計算してパリティブロックを作成します。このパリティブロックを使って、故障したドライブからストライピングされたデータを復元します。パリティ機能を備えたほとんどのRAIDシステムは、アレイ内のディスクにパリティブロックを保存します。パリティ計算専用のディスクを用意するRAIDシステムもありますが、これはまれです。
RAID 5は、ストライピングされたディスクにパリティブロックを保存します。各ストライプには専用のパリティブロックがあります。RAID 5は、アレイ内の1台のディスク障害に耐えられます。
RAID 5は、RAID 0の性能とRAID 1の冗長性を組み合わせていますが、そのために多くのストレージ容量、つまり使用可能容量のおよそ3分の1を消費します。このレベルでは、アレイ内のすべてのドライブが書き込み要求を同時に処理するため、書き込み性能が向上します。ただし、ストライプへのわずかな変更にも複数の手順と再計算が必要となるため、書き込み増幅によってディスク全体の性能が低下する場合があります。
メリット
- RAID 5のストライピングにより、読み取り性能が向上します。
- パリティによってデータの正確性が高まります。
- RAID 5はSSDだけでなくハードドライブにも使用できます。ただし、同時期に故障する可能性があるため、製造時期が完全に同じSSDを選ぶよう注意してください。
デメリット
RAID 5が耐えられるのは、1台のディスク障害だけです。
詳しくはRAID 5と、HDDおよびSSDでのメリットについて。
RAID 6
このRAIDレベルは、分散パリティとストライピングを用いる点でRAID 5と同様に動作します。両者の主な運用上の違いはRAID 6では、RAID 6アレイに最低4台のディスクが必要で、システムが各ディスクに追加のパリティブロックを保存することです。これにより、アレイが利用不能になる前に2台のディスクが故障しても対応できる構成になります。主な用途は、アプリケーションサーバーと大容量ストレージアレイです。
RAID 6はRAID 5より高い冗長性と優れた読み取り性能を提供します。書き込み負荷の高い処理では、同じようにサーバー性能のオーバーヘッドが発生する場合があります。この性能低下は、RAIDシステムのアーキテクチャー、つまりハードウェア方式かソフトウェア方式か、ファームウェアに配置されているか、高性能なパリティ計算用の処理ソフトウェアが含まれているかによって異なります。
メリット
- RAID 6アレイは、パリティを1つではなく2つ持つため、2台のドライブ障害に耐えられます。
- RAID 6はRAID 5より読み取り性能に優れています。
デメリット
- RAID 6は、ほかの一部のRAID方式より高価です。
- 大規模なRAID 6アレイでのデータ再構築には時間がかかる場合があります。
詳しくはRAIDレベル5と6の違いをご覧ください。
RAID 10：ストライピングとミラーリング
RAID 10は、アレイに最低4台のディスクを必要とします。高い性能を得るためにディスク間でストライピングし、冗長性のためにミラーリングします。4台構成のアレイでは、システムが2台のディスクにデータをストライピングします。残りの2台のディスクがストライピングされたディスクをミラーリングし、それぞれがデータの半分を保存します。RAID 10はRAID 0とRAID 1のメリット、つまり高速な読み取りと、ミラーリングによる一定の冗長性を組み合わせています。
このRAIDレベルは、機密情報を保存する高トランザクションデータベースなど、高いデータセキュリティと高性能の両方を必要とする環境に適しています。使用可能容量が少なくシステムコストも高いため、RAIDレベルの中で最も高価です。
メリット
- RAID 10は、ほかのRAID実装方式よりも短時間でデータを再構築できます。
- RAID 10は、読み取り処理全体が高速です。
デメリット
- RAID 10は、RAIDの中で最も高価な方式です。
- RAID 6とは異なり、耐えられるのは1台のディスク障害だけです。
まとめ：ビジネスでRAIDを効果的に利用する
RAIDを導入する前に、ストレージチームが最も重視する事項を検討しましょう。費用対効果を重視しますか、それとも高い性能が必要ですか。これは、RAIDがサポートするアプリケーションによって決まる可能性が高いでしょう。
ハードドライブの高速な性能を得るために、耐障害性を軽視してはいけません。RAIDを利用する上でおそらく最も重要なのは、データ保護をRAIDだけに頼らないことです。RAIDは耐障害性の初期層にすぎず、耐えられるのは最大でも2台のドライブ障害です。ハードディスク上のデータを保護するには、追加のバックアップ戦略を導入してください。
詳しくは企業向けの最適なバックアップソリューションをご覧ください。