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第18章 RAID(Redundant Array of Independent Disks)

RAID の背後にある基本的な概念は、複数の小規模のディスクドライブをアレイに組み合わせて、1 つの大規模で高価なドライブを持つことではなく、パフォーマンスや冗長性の目標を達成することです。ドライブのこのアレイは、1 つの論理ストレージユニットまたはドライブとしてコンピューターに表示されます。
RAID により、情報を複数のディスクに分散させることができます。RAID は、ディスクストライピング (RAID レベル 0)、ディスクミラーリング (RAID レベル 1)、およびパリティーによるディスクストライピング (RAID レベル 5)、およびディスクストライピング(RAID レベル 5)などの技術を使用して冗長性を実現し、レイテンシーを増加し、帯域幅を最大化し、ハードディスクのクラッシュからの復旧能力を最大化します。
RAID は、データを一貫して使用するチャンク(通常は 256K または 512k、他の値は受け入れ可能)に分割することで、アレイ内の各ドライブにデータを分散します。各チャンクは、使用している RAID レベルに応じて、RAID アレイのハードドライブに書き込まれます。データが読み込まれると、プロセスは逆に終了し、アレイ内の複数のドライブが実際に 1 つの大きなドライブであることを確認できます。
システム管理者や大量のデータを管理しているユーザーは、RAID 技術を使用する利点が得られます。RAID をデプロイする主な理由を以下に示します。
  • 速度を高める
  • 1 台の仮想ディスクを使用してストレージ容量を増加する
  • ディスク障害によるデータ損失のリスクを最小限に抑える

18.1. RAID タイプ

考えられる RAID アプローチには、ファームウェア RAID、ハードウェア RAID、およびソフトウェア RAID の 3 つがあります。

ファームウェア RAID

ファームウェア RAID (ATARAID とも呼ばれる)は、ファームウェアベースのメニューを使用して RAID セットを設定できます。このタイプの RAID で使用されるファームウェアは BIOS にもフックされるため、その RAID セットから起動できます。異なるベンダーは、異なるオンディスクメタデータ形式を使用して、RAID セットのメンバーをマークします。Intel Matrix RAID は、ファームウェア RAID システムの一例を示しています。

ハードウェア RAID

ハードウェアベースのアレイは、RAID サブシステムをホストとは別に管理します。これは、RAID アレイごとに 1 つのディスクがホストに表示されます。
ハードウェア RAID デバイスは、システムの内部または外部である可能性があります。内部デバイスは、通常、オペレーティングシステムに対して RAID タスクを透過的に処理し、SCSI、ファイバーチャネル、iSCSI、InfiniBand などの高速度のネットワーク接続を介してシステムに接続する特殊なコントローラーカードで構成されます。
RAID コントローラーカードは、オペレーティングシステムへの SCSI コントローラーのように動作し、実際のドライブ通信をすべて処理します。ユーザーがドライブを RAID コントローラーに差し込み(通常の SCSI コントローラーと同様)、RAID コントローラー設定に追加します。オペレーティングシステムはこの違いを認識できません。

ソフトウェア RAID

ソフトウェア RAID は、さまざまな RAID レベルをカーネルディスク(ブロックデバイス)コードに実装します。高価ディスクコントローラーカードやホットスワップシャーシなど、最優先的な解決策を提供します。 [2] 必須ではありません。ソフトウェア RAID は、高速の IDE ディスクと SCSI ディスクでも機能します。現在高速 CPU では、ソフトウェア RAID は通常ハードウェア RAID の構成になります。
Linux カーネルには、RAID ソリューションが完全にハードウェアに依存しないようにするマルチディスク(MD )ドライバーが含まれています。ソフトウェアベースのアレイのパフォーマンスは、サーバーの CPU パフォーマンスと負荷によって異なります。
Linux ソフトウェア RAID スタックの主な機能:
  • マルチスレッド設計
  • 再構築なしで Linux マシン間でのアレイの移植性
  • アイドルシステムリソースを使用したバックグラウンドのアレイ再構築
  • ホットスワップ可能なドライブのサポート
  • CPU の自動検出でストリーミング SIMD サポートなどの特定 CPU の機能を活用
  • アレイ内の複数ディスク上にある不正セクターを自動修正
  • RAID データの整合性を定期的にチェックしアレイの健全性を確保
  • アレイの予防的なモニタリング、重要なイベントが発生した際は指定アドレスへの警告メールを送信
  • 書き込みを集中としたビットマップ、アレイ全体を再同期させるのではなく再同期を必要とするディスク部分を正確にカーネルに認識させることで再同期イベントの速度を大幅に高速化
  • チェックポイントを再同期して、再同期中にコンピューターを再起動すると、起動時に再同期が停止した場所で取得し、すべてを再度開始しないようにします。
  • インストール後にアレイのパラメーターを変更する機能。たとえば、新しいディスクを追加しても、4 つのディスクの RAID5 アレイを 5 つのディスク RAID5 アレイに増大させることができます。この拡張操作はライブで行うため、新しいアレイで再インストールする必要はありません。


[2] ホットスワップシャーシを使用すると、システムの電源を切らずにハードドライブを削除できます。

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