16.3. RAID レベルとリニアサポート

ストライピングとも呼ばれる RAID レベル 0 は、パフォーマンス指向のストライピングデータマッピング技術です。これは、アレイに書き込まれるデータがストライプ状に分割され、メンバーディスク全体に書き込まれることを意味します。これにより、低い固有コストで高い I/O 性能を実現できますが、冗長性は提供されません。

RAID レベル 0 の実装では、アレイ内の最小デバイスのサイズまでしか、メンバーデバイス間でデータをストライピングしません。つまり、サイズがわずかに異なる複数のデバイスがある場合でも、それぞれのデバイスは同じサイズとして扱われます。各デバイスは、最小サイズのドライブと同等の容量を持つものとみなされます。したがって、レベル 0 アレイの共通ストレージ容量は、すべてのディスクの合計容量です。メンバーディスクのサイズが異なる場合、RAID0 は使用可能なゾーンを使用して、それらのディスクのすべての領域を使用します。

RAID レベル 1、つまりミラーリングは、アレイの各メンバーディスクに同一のデータを書き込むことで冗長性を提供します。各ディスクにミラーコピーが保存されます。ミラーリングは、データの可用性の単純化と高レベルにより、いまでも人気があります。レベル 1 は 2 台以上のディスクで動作し、比較的高コストではあるものの、非常に優れたデータ信頼性と読み取り集中型パフォーマンスの向上を実現します。

RAID レベル 1 は、アレイ内のすべてのディスクに同じ情報を書き込むため、コストが高くなります。これはデータの信頼性を確保するものの、レベル 5 などのパリティーベースの RAID レベルに比べて、はるかにスペース効率が悪い。しかし、このスペース効率の悪さは、パフォーマンス上の利点をもたらす。パリティーベースの RAID レベルは、パリティーを生成するために相当量の CPU パワーを消費します。RAID レベル 1 は、最小限の CPU 負荷で複数のメンバーに同一のデータを書き込みます。そのため、ソフトウェア RAID を使用するシステムでは、RAID レベル 1 はパリティーベースの RAID レベルよりも優れたパフォーマンスを発揮できる。これは特に、CPU リソースが RAID 以外の操作によって大量に使用される場合に当てはまります。

レベル 1 アレイのストレージ容量は、ハードウェア RAID における最小のミラーリングされたハードディスクの容量に相当します。または、ソフトウェア RAID における最小のミラーリングされたパーティションに等しい。レベル 1 の冗長性は、すべての RAID タイプの中で最高レベルです。アレイは、ディスクが 1 枚だけでも動作を継続できます。

レベル 4 は、データを保護するために、1 つのディスクドライブに集約されたパリティーを使用します。パリティー情報は、アレイ内の残りのメンバーディスクのコンテンツに基づいて計算されます。この情報は、アレイ内のいずれかのディスクに障害が発生した場合にデータの再構築に使用できます。再構築されたデータは、交換前に故障したディスクへの I/O 要求を満たし、交換後にディスクを再構築するために使用できる。

専用パリティーディスクは、RAID アレイへのすべての書き込みトランザクションにおいて、本質的なボトルネックとなる。したがって、レベル 4 は、ライトバックキャッシングなどの付随技術なしにはほとんど使用されない。または、システム管理者が意図的にこのボトルネックを念頭に置いてソフトウェア RAID デバイスを設計する場合にも使用されます。これは、データが一度格納されると書き込みトランザクションがほとんど、あるいは全く発生しない配列に当てはまります。RAID レベル 4 にはほとんど使用されないため、Anaconda ではこのオプションとしては使用できません。ただし、実際には必要な場合は、ユーザーが手動で作成できます。

ハードウェア RAID レベル 4 の容量は、メンバーパーティションの中で最小の容量にパーティション数を掛けた値から 1 を引いた値に等しくなります。RAID レベル 4 アレイのパフォーマンスは常に非対称です。つまり、読み込みは書き込みを上回ります。これは、書き込み操作がパリティー生成時に余分な CPU リソースとメインメモリー帯域幅を消費するためである。また、実際のデータをディスクに書き込む際に、データとパリティーの両方を書き込むため、余分なバス帯域幅を消費します。読み取り操作は、配列が劣化状態でない限り、データのみを読み取り、パリティーは読み取りません。その結果、通常の動作条件下では、同じデータ転送量であっても、ドライブやコンピューターバスへのトラフィック量が少なくなる。

これは RAID の最も一般的なタイプです。RAID レベル 5 は、アレイ内のすべてのメンバーディスクドライブにパリティーを分散させることで、レベル 4 に内在する書き込みボトルネックを解消します。パリティー計算プロセス自体のみがパフォーマンスのボトルネックです。最近の CPU はパリティーを非常に高速に計算できます。しかし、RAID 5 アレイに多数のディスクが含まれる場合、データ転送速度が速すぎるため、パリティー計算がボトルネックになる可能性がある。

レベル 5 のパフォーマンスは非対称であり、読み取りは書き込みよりも大幅に優れています。RAID レベル 5 のストレージ容量は、レベル 4 と同じです。

これは、パフォーマンスよりもデータの冗長性と保存性が最優先される場合によく用いられる RAID レベルです。しかし、レベル 1 のスペース効率の悪さは容認できない。レベル 6 では、複雑なパリティースキームを使用して、アレイ内の 2 つのドライブから失われたドライブから復旧できます。この複雑なパリティー方式は、ソフトウェア RAID デバイスの CPU 負荷を大幅に増加させ、書き込み処理中の負荷も増大させる。したがって、レベル 6 はレベル 4 や 5 よりもパフォーマンスにおいて、非常に非対称です。

RAID レベル 6 アレイの総容量は、RAID レベル 5 および 4 と同様の方法で計算されます。ただし、パリティーストレージの容量を増やすためには、デバイス数から 1 台ではなく 2 台を差し引く必要があります。

この RAID レベルでは、レベル 0 のパフォーマンスとレベル 1 の冗長性を組み合わせます。また、2 台以上のデバイスを使用するレベル 1 アレイの無駄なスペースをある程度削減することができます。レベル 10 では、3 つのドライブで設定されるアレイを作成し、各データのコピーを 2 つだけ保存することができます。すると、全体の配列サイズは最小デバイスサイズの 1.5 倍になり、最小デバイスサイズと等しくなるわけではありません。たとえば、3 台のデバイスで設定されるレベル 1 の配列などがこれに該当します。これにより、CPU プロセスの使用量が RAID レベル 6 のようにパリティーを計算するのを防ぎますが、これは領域効率が悪くなります。

RAID レベル 10 の作成は、インストール時には対応していません。インストール後に手動で作成できます。

リニア RAID は、より大きな仮想ドライブを作成するドライブのグループ化です。

リニア RAID では、チャンクは 1 つのメンバードライブから順次割り当てられ、最初のドライブがいっぱいになった場合にのみ次のドライブに移動します。これにより、メンバードライブ間の I/O 操作が分割される可能性はないため、パフォーマンスの向上は見られません。リニア RAID は冗長性がなく、信頼性は低下します。メンバードライブが 1 台でも故障すると、アレイ全体が使用できなくなり、データが失われる可能性があります。容量はすべてのメンバーディスクの合計になります。