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RAID の概要、RAID の概念、および RAID レベル - パート 1


RAID は安価なディスクの冗長アレイですが、現在では独立したドライブの冗長アレイと呼ばれています。以前は小さいサイズのディスクでも購入するのに非常に高価でしたが、今では以前と同じ金額で大きいサイズのディスクを購入できるようになりました。 Raid は、論理ボリュームとなるプール内のディスクの単なる集合です。

Raid にはグループ、セット、または配列が含まれます。ドライバーを組み合わせるとディスクのグループが作成され、RAID アレイまたは RAID セットが形成されます。 RAID コントローラに接続される少なくとも 2 つのディスクで論理ボリュームを作成でき、グループ内に複数のドライブを含めることができます。ディスクのグループに適用できる RAID レベルは 1 つだけです。 Raid は優れたパフォーマンスが必要な場合に使用されます。選択したレイドレベルに応じて、パフォーマンスが異なります。耐障害性と高可用性によりデータを保存します。

このシリーズは、パート 1 ~ 9 まで「RAID のセットアップの準備」というタイトルで、次のトピックを扱います。

これは 9 回のチュートリアル シリーズのパート 1 です。ここでは、RAID の概要、RAID の概念、Linux で RAID を設定するために必要な RAID レベルについて説明します。

ソフトウェアRAIDとハードウェアRAID

ソフトウェア RAID はホストからリソースを消費するため、パフォーマンスが低くなります。ソフトウェア RAID ボリュームからデータを読み取るには、RAID ソフトウェアをロードする必要があります。 RAID ソフトウェアをロードする前に、OS を起動して RAID ソフトウェアをロードする必要があります。ソフトウェア RAID では物理ハードウェアは必要ありません。投資コストゼロ。

ハードウェア RAID は高いパフォーマンスを備えています。これらは、PCI Express カードを使用して物理的に構築された専用の RAID コントローラーです。ホストリソースは使用しません。キャッシュの読み取りおよび書き込み用の NVRAM を備えています。再構築中にキャッシュを保存します。停電が発生した場合でも、バッテリー電源のバックアップを使用してキャッシュを保存します。大規模化には非常に高価な投資が必要です。

ハードウェア RAID カードは次のようになります。

RAID の注目の概念

  1. Raid のパリティ メソッドは、パリティ保存された情報から失われたコンテンツを再生成します。パリティに基づく RAID 5、RAID 6。
  2. ストライプ は、データを複数のディスクにランダムに共有します。これでは、単一のディスクに完全なデータが含まれることはありません。 3 つのディスクを使用すると、データの半分が各ディスクに存在します。
  3. ミラーリング は RAID 1 と RAID 10 で使用されます。ミラーリングとは、同じデータのコピーを作成することです。 RAID 1 では、同じコンテンツが他のディスクにも保存されます。
  4. ホット スペア は、故障したドライブを自動的に交換できるサーバー内の単なる予備ドライブです。アレイ内のいずれかのドライブに障害が発生した場合、このホット スペア ドライブが使用され、自動的に再構築されます。
  5. チャンク は、最小で 4KB 以上のデータのサイズです。チャンク サイズを定義することで、I/O パフォーマンスを向上させることができます。

RAID にはさまざまなレベルがあります。ここでは、実際の環境で主に使用される RAID レベルのみを表示します。

  1. RAID0=ストライピング
  2. RAID1=ミラーリング
  3. RAID5=単一ディスク分散パリティ
  4. RAID6=ダブルディスク分散パリティ
  5. RAID10=ミラーとストライプの組み合わせ。 (ネストされた RAID)

RAID は、ほとんどの Linux ディストリビューションで mdadm パッケージを使用して管理されます。各 RAID レベルについて簡単に見てみましょう。

RAID 0 (または) ストライピング

ストライピングは優れたパフォーマンスを発揮します。 Raid 0 (ストライピング) では、データは共有方式を使用してディスクに書き込まれます。コンテンツの半分は 1 つのディスクに保存され、残りの半分は別のディスクに書き込まれます。

2 つのディスク ドライブがあると仮定します。たとえば、データ「TECMINT」を論理ボリュームに書き込むと、データは「T」として最初のディスクに保存されます。 「E」は 2 番目のディスクに保存され、「C」は 1 番目のディスクに保存され、再び「M」は 2 番目のディスクに保存されます。 2 番目のディスクでは、ラウンドロビン プロセスが続行されます。

この状況では、いずれかのドライブに障害が発生すると、一方のディスクのデータの半分が RAID の再構築に使用できないため、データが失われます。ただし、書き込み速度とパフォーマンスを比較すると、RAID 0 は優れています。 RAID 0 (ストライピング) を作成するには、少なくとも 2 つのディスクが必要です。貴重なデータが必要な場合は、この RAID レベルを使用しないでください。

  1. ハイパフォーマンス。
  2. RAID 0 では容量損失はゼロです
  3. ゼロ フォールト トレランス。
  4. 書き込みと読み取りは良好なパフォーマンスになります。

RAID 1 (または) ミラーリング

ミラーリングは優れたパフォーマンスを発揮します。ミラーリングでは、私たちが持っているものと同じデータのコピーを作成できます。 2 TB のハード ドライブが 2 つあると仮定すると、合計で 4 TB になりますが、ミラーリングではドライブが RAID コントローラの背後にあり、論理ドライブを形成します。2 TB の論理ドライブのみが表示されます。

データを保存すると、両方の 2TB ドライブに書き込まれます。 RAID 1 またはミラーを作成するには、少なくとも 2 つのドライブが必要です。ディスク障害が発生した場合は、新しいディスクを交換することで RAID セットを再現できます。 RAID 1 でいずれかのディスクに障害が発生した場合、もう一方のディスクに同じコンテンツのコピーが存在するため、もう一方のディスクからデータを取得できます。したがって、データ損失はゼロです。

  1. 良い成果。
  2. ここでは、スペースの半分が総容量で失われます。
  3. 完全なフォールト トレランス。
  4. 再構築すると高速になります。
  5. 書き込みパフォーマンスが遅くなります。
  6. 読書も良くなりますよ。
  7. 小規模なオペレーティング システムやデータベースに使用できます。

RAID 5 (または) 分散パリティ

RAID 5 は主にエンタープライズ レベルで使用されます。 RAID 5 は分散パリティ方式で動作します。パリティ情報はデータを再構築するために使用されます。残りの正常なドライブに残っている情報から再構築されます。これにより、ドライブの障害からデータが保護されます。

4 台のドライブがあると仮定します。1 台のドライブに障害が発生した場合、障害が発生したドライブを交換する間に、交換したドライブをパリティ情報から再構築できます。 1TB ハードドライブが 4 台ある場合、パリティ情報は 4 台すべてのドライブに保存されます。パリティ情報は各ドライバーの 256GB に保存され、各ドライブの他の 768GB がユーザー用に定義されます。 RAID 5 は 1 つのドライブに障害が発生しても存続できますが、複数のドライブに障害が発生した場合はデータの損失が発生します。

  1. 素晴らしい演技
  2. 読み込み速度が非常に速くなります。
  3. ハードウェア RAID コントローラーを使用しない場合、書き込みは平均的で遅くなります。
  4. すべてのドライブのパリティ情報から再構築します。
  5. 完全なフォールト トレランス。
  6. 1 つのディスク領域がパリティの下に置かれます。
  7. ファイルサーバー、Webサーバー、非常に重要なバックアップに使用できます。

RAID 6 2 パリティ分散ディスク

RAID 6 は、2 つのパリティ分散システムを備えた RAID 5 と同じです。主に多数の配列で使用されます。少なくとも 4 つのドライブが必要ですが、2 つのドライブに障害が発生した場合でも、新しいドライブを交換しながらデータを再構築できます。

RAID 5 は 4 つのドライバーすべてに同時にデータを書き込むため、RAID 5 よりも非常に遅くなります。ハードウェア RAID コントローラを使用している場合、速度は平均的になります。 1TB ハードドライブが 6 台ある場合、4 台のドライブがデータ用に使用され、2 台のドライブがパリティ用に使用されます。

  1. 業績不振。
  2. 読み取りパフォーマンスは良好になります。
  3. ハードウェア RAID コントローラを使用しない場合、書き込みパフォーマンスは低下します。
  4. 2 つのパリティ ドライブから再構築します。
  5. 完全なフォールトトレランス。
  6. 2 つのディスク領域はパリティの下にあります。
  7. 大規模な配列で使用できます。
  8. バックアップ目的、ビデオストリーミング、大規模な使用に使用できます。

RAID 10 (または) ミラー&ストライプ

RAID 10 は 1+0 または 0+1 と呼ばれます。これにより、ミラーとストライピングの両方の作業が行われます。 RAID 10 ではミラーが 1 番目、ストライプが 2 番目になります。RAID 01 ではストライプが 1 番目、ミラーが 2 番目になります。RAID 10 は 01 と比較して優れています。

ドライブの数が 4 つあると仮定します。論理ボリュームにデータを書き込んでいる間、データはミラーおよびストライプ方式を使用して 4 つのドライブすべてに保存されます。

RAID 10 にデータ「TECMINT」を書き込む場合、データは次のように保存されます。最初の「T」は両方のディスクに書き込み、2 番目の「E」は両方のディスクに書き込みます。このステップはすべてのデータの書き込みに使用されます。すべてのデータのコピーが他のディスクにも作成されます。

同時に RAID 0 方式を使用して、次のようにデータを書き込みます。「T」は最初のディスクに書き込み、「E」は 2 番目のディスクに書き込みます。ここでも「C」は最初のディスクに書き込み、「M」は 2 番目のディスクに書き込みます。

  1. 優れた読み取りおよび書き込みパフォーマンス。
  2. ここでは、スペースの半分が総容量で失われます。
  3. フォールトトレランス。
  4. データのコピーからの高速再構築。
  5. データベース ストレージで使用すると、高いパフォーマンスと可用性を実現できます。

結論

この記事では、RAID とは何なのか、また実際の環境では RAID でどのレベルが主に使用されるのかを見てきました。 RAID に関する記事を理解していただければ幸いです。 RAID をセットアップするには、RAID に関する基本的な知識を知っておく必要があります。上記の内容で RAID についての基本的な理解が完了します。

次回の記事では、さまざまなレベルを使用して RAID をセットアップおよび作成する方法、RAID グループ (アレイ) の拡張、障害が発生したドライブのトラブルシューティングなどについて説明する予定です。