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17.2. RAID レベルとリニアサポート

RAID ではレベル 0、1、4、5、6、10、リニアなどの各種設定に対応します。 RAID タイプは以下のように定義されます。
レベル 0
ストライピングとも呼ばれる RAID レベル 0 はストライプ化したデータをマッピングする技術でパフォーマンスが本位とされます。つまり、アレイに書き込まれたデータはストライプに分割されアレイのメンバーディスク群に分散して書き込まれます。レベル固有のオーバーヘッドも少なく I/O パフォーマンスに優れていますが冗長性はまったくありません。
RAID レベル 0 実装の多くがアレイ内のメンバーデバイス群にデータの分散を行う際、 最小サイズのデバイスに合わせたサイズまでしかデータの分散を行いません。 つまり、 各デバイスの容量が異なる場合、 すべて最小サイズのドライブと同じサイズであるかのように扱われます。 したがってレベル 0 アレイの一般的なストレージ容量はハードウェア RAID 内の最小サイズのメンバーディスクの容量と同じになるか、 ソフトウェア RAID 内の最小サイズのメンバーパーティションにアレイ内のディスク数かパーティション数をかけたものと同じ容量になります。
レベル 1
ミラーリングとも呼ばれる RAID レベル 1 は RAID 形式の中では最も長く使用されているレベルになります。 同一データをアレイの各メンバーディスクに書き込むことで冗長性を提供し、 各ディスクにミラリングしたコピーを残します。 ミラーリングは簡素でありながら高いデータ可用性を提供するため現在でもよく使用されています。 レベル 1 は 2 台以上のディスクで動作、 データに関する信頼性が高く読み込み頻度の高いアプリケーションのパフォーマンスは向上されますが、相当のオーバーヘッドも必要とします。 [3]
レベル 1 アレイのストレージ容量は、 ハードウェア RAID 内でミラリングされている最小サイズのハードディスクと同じ容量か、 ソフトウェア RAID 内でミラリングされている最小のパーティションと同じ容量になります。 レベル 1 の冗長性が RAID タイプのなかでは最高となります。 アレイは単一ディスクのみで動作可能です。
レベル 4
レベル 4 ではデータ保護のため単一ディスクドライブに集中したパリティー [4] を使用します。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でパリティー固有のボトルネックとなるため、システム管理者が意図的にこのボトルネックを考慮に入れてソフトウェア RAID デバイスを設計している場合を除き (アレイにデータの移植が完了したら書き込みのトランザクションはほとんど発生しないようなアレイ)、レベル 4 はライトバックのキャッシュ機能などのテクノロジーが付随されない限りめったに使用されません。このように RAID レベル 4 は稀にしか使用されないため、 Anaconda のオプションとして提供されていません。ただし、ユーザーが必要とする場合には手動による作成が可能です。
ハードウェア RAID レベル 4 のストレージ容量は、最小サイズのメンバーのパーティションにパーティション数から 1 を引いた 数をかけたものと同じ容量になります。 RAID レベル 4 アレイのパフォーマンスは常に非対称となります。つまり、読み込みの方が書き込みより優れているということです。パリティーを生成する際に書き込みの方が CPU やメインメモリーを多く消費し、また実際のデータをディスクに書き込み際にもデータだけではなくパリティーも書き込むためバスの帯域幅を余計に消費します。一方、読み込みの場合はアレイが低下状態でない限りはデータを読み取るだけでパリティーは関係ありません。その結果、通常の動作状況で同じデータ転送量の場合、読み込みの方がドライブやコンピュータのバス全体に対するトラフィックが少なくなります。
レベル 5
最も一般的なタイプの RAID です。アレイのメンバーディスクドライブすべてにパリティーを分散させることで、RAID レベル 5 はレベル 4 で見られた書き込みに関するボトルネックを解消します。パフォーマンス関連の唯一のボトルネックはパリティーを計算するプロセス自体となります。最近の CPU やソフトウェア RAID ではパリティーを非常に早く生成できるようになってきたため、これもボトルネックではなくなってきています。ただし、ソフトウェア RAID5 アレイ内に非常に多数のメンバーデバイスがあり、全デバイスでの結合された集合データの転送速度が高速になる場合にはこのボトルネックが問題となってくる可能性があります。
レベル 4 と同様、レベル 5 のパフォーマンスも非対称となり、読み込みの方が書き込みより大幅にパフォーマンスが高くなります。RAID レベル 5 のストレージ容量はレベル 4 と同じです。
レベル 6
データの冗長性および維持がパフォーマンスより重要となると共に、 レベル 1 での領域使用に関する非効率性は認められないような場合、 一般的に採用される RAID レベルになります。 レベル 6 ではアレイ内の 2 台のドライブの損失からの復元が可能となる複合パリティースキームを使用しています。 この複合パリティースキームによりソフトウェア RAID デバイスにはかなり大きな負荷が CPU にかかることとなる他、 書き込みのトランザクション時の負荷も大きくなります。 このため、 レベル 6 はレベル 4 および 5 よりさらに非対称なパフォーマンスを見せます。
RAID レベル 6 アレイの合計容量は、 RAID レベル 5 および 4 の計算方法と同じですが、 デバイス数から (1 ではなく) 追加パリティストレージ領域用に2を引きます。
レベル 10
この RAID レベルではレベル 0 のパフォーマンス性とレベル 1 の冗長性の両方を取り入れることを目的としています。 また、 デバイスが 2 つ以上あるレベル 1 のアレイでは無駄になる領域を低減します。 レベル 10 では、 3 台のドライブアレイで格納するデータのコピーは 2 つのみとなるよう設定することが可能です。 これによりアレイの全体サイズを最小サイズのデバイスと同じサイズ (3 台のドライブのレベル 1 アレイと同様) ではなく、 最小サイズの 1.5 倍のサイズにすることができるようになります。
レベル 10 アレイを作成する場合、 使用可能なオプションが数多くあるためインストール時に作成するのは実用的とは言えません。 コマンドラインツールの mdadm を使用すると手作業で作成することができます。 オプションの詳細およびパフォーマンスに関するトレードオフについては man md を参照してください。
リニア RAID
より大きな仮想ドライブを作成するために複数ドライブをグループ化するのがリニア RAID です。 リニア RAID では、1 つのメンバードライブから順次チャンクを割り当て、 ドライブが完全に満杯になってから次のドライブに移動します。 メンバードライブ間での I/O 動作が分割される可能性はないため、 グループ化によってはパフォーマンスの向上は見られません。 また、 リニア RAID では冗長性も得られません。メンバードライブの 1 つに障害が発生した場合はアレイ全体が使用できないため、 実際には信頼性についても低下します。容量は全メンバーディスクの合計になります。

[3] RAID レベル 1 では同じ情報がアレイ内の全ディスクに書き込まれることになるためデータの信頼性は高くなりますが、 レベル 5 などのパリティベースの RAID レベルに比べ領域使用の効率性は低くなります。 ただし、 この効率性性の低さによりパフォーマンスが向上されます。 パリティベースの RAID レベルではパリティを生成するためにかなりの CPU を消費します。 一方、 RAID レベル 1 では単純に同じデータを複数の RAID メンバーに複数回書き込むだけのため、 CPU のオーバーヘッドは非常に少なくなります。 RAID レベル 1 はソフトウェア RAID を採用しているマシン上ではパリティベースの RAID レベルより優れたパフォーマンスを見せます。 また、 マシン上の CPU リソースには RAID アクティビティ以外の動作による負担が常にかかります。
[4] 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応じて計算されます。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行われるデータの再構成に使用されます。再構成されたデータは、置換される前に障害が発生したディスクへの I/O 要求に応えるため使用され、また置換後に障害が発生したディスクへの移植にも使用されます。