RAID（レイド）レベル別概要・特徴

RAIDはRedundant Array of Inexpensive (or Independant) Disks略字で、複数台のハードディスクをまとめて仮想的な1台のハードディスクとして運用する技術のことです。

データの分散記録により高速で信頼性の高いディスク装置を実現するための技術です。
1987年カリフォルニア大学バークリー校の David Patterson氏, Garth Gibson氏,、Randy Katz氏による論文 "A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks " に於いて提唱されました。

基本的な RAIDの概念は安価で低容量、価格相応の信頼性のハードディスク(Inexpensive Disk)を用い、大容量で信頼性の高いストレージ(補助記憶装置)をいかに構築すべきかを提案したものであります。
レイドは、その性質や機能によりレイド0からレイド6まで区分されています。

RAID関連技術文書について

• 1.  RAIDに対する誤解
• 2.  RAID復元の原理
• 3.  RAID5データ復旧

レイドレベルは Data Recording 方式によって仕分けされ、各自独自性を持っているので高い Levelが低いLevelの機能を含むことではありません。
使用するデータの種類によって Levelを指定します。
その書き込みの早さや安全性によって、6つのレベルがあります。
サーバー用途としては、データの保全性を重視するためレイド 1、またはレイド 5が主に利用されています。

RAID Level 0_Data Striping（ストライピング）

レイド0は複数台のハードディスクに対し、均等に分散したデータを同時並列的に読み書きすることで、データ転送速度の高速化と大容量化を実現するものです。
冗長データを生成しないため、それを構成するHDDのほぼ全ての容量を使用することが可能です。
レイド 0には最低2ドライブが必要です。
1台のドライブが故障しただけでアレイ内の全データが失われてしまうため、信頼性は単体ドライブと比べて劣ります。

- 構成ドライブの全ての容量が利用可能。
- 高速なデータ転送が可能。
- 構成ドライブ数に応じてデータ転送速度がさらに向上する。
- 複数台の記録装置を大容量単一のストレージとして取り扱うことが可能。
- HDD障害発生時のデータ再現機能はないため、信頼性の向上は期待できない。
用途 : 高速で大量データの転送、動画等のマルチメディアコンテンツ配信、障害復旧能力が必要ない場合などに適しています。

RAID Level 1_Disk Mirroring （ミラーリング）

レイド1は複数台のハードディスクに、同時に同じデータを書き込みます。レイド1は最もシンプルな形であり、信頼性の高いものであります。
ディスク障害発生時には、同一のデータが記録されたディスクが代替として機能するため、高い信頼性を期待することができます。
RAID 1には最低2ドライブが必要です。

一台が故障した際に、もう一方も同時に故障する可能性は低く、システムは稼動し続けることが出来ます。
ただ、複数台に同じデータを持っているので、扱えるデータ容量としてはアレイを構成するハードディスク容量の半分以下となります。
RAID 1ではハードディスク台数が増えれば増えるほどハードディスクの利用効率が悪くなります。
用途 : 早い記録速度とともに障害復旧能力が要求される場合、2台のドライブだけで構成することができるので小さなシステムに適しています。

- 復旧が速い。ディスクの容量は本来のディスク総容量の約半分となる。障害発生時に単体ディスクより性能が低下しない。
- レイドハードウェア/ソフトウェアなしでも使用できる。
- レイド 1を応用してハードディスクの複製ができる。
- 構成ディスク容量に対するデータ記録可能量が常に構成ディスク台数の逆数倍であるため効率が悪い。

RAID Level3_Data Striping with a dedicated parity disk

レイド3はレイド 2の誤り訂正符号を排他的論理和によるパリティに変更し、演算コストを低減したものです。最低3台のハードディスクを扱い、1台を誤り訂正符号に割り当て、残りの複数台にデータを記録します。
レイド 4と似ていますがSynch-spindleドライブが必要です。

- パリティを訂正符号として用いているためRAID 2に比較して計算コストが低い。
- 構成ドライブ数-1個の容量が確保できるため、ディスク容量の無駄を最小限に押さえられる。
- ビット/バイト単位でアクセスを行うためI/Oの効率が悪い。
- パリティドライブが書き込み処理時のボトルネックとなる。
用途　：マルチメディア用データに適しています。

RAID Level 5_Data Striping with distributed parity data

レイド5は複数のハードディスクに誤り訂正符号データと共に分散させて記録することで、レイド3、レイド4のボトルネックを回避しています。
パリティと呼ばれるエラー検出符号を算出、生成し各ディスクに分散して記録します。
このパリティ情報により、1台のハードディスクが故障した際も、他のディスク情報を元にデータを復旧させることが可能となります。
パリティの容量は総ディスク台数の多寡を問わず、常にディスク1台分の容量に等しくなりますので、構成するディスクの台数が増えれば増えるほど利用効率は向上することになります。一般的に5つ以上のドライブが必要です。

- 1台のディスクが故障しても、故障したディスク以外のデータとパリティ情報により、壊れたディスクの内容を復旧することができる。読み出しは高速であるが書き込みは低速である。
- 障害発生時の復元作業が遅い。
- 2つ以上のドライブが同時に故障すると回復できない。
- ディスク使用台数が増えるほどディスクの利用効率が高くなる。

用途：最も一般的なもので、さまざまな用途に広範囲に利用されている。

レイド6はパリティを2つ記録する。
パリティデータを2重に作成することで、2重障害に対応でき、同時に2台のドライブが故障しても復元できます。
複数台のディスクに対し均等に分散されたデータを同時並列で書きこみ、その際パリティと呼ばれるエラー訂正符号を算出、生成し各ディスクに分散して記録しますが、レイド6はこのパリティ情報を二次元で生成し、ディスク２台分の容量を使って記録することで、耐障害性をさらに高めたものです。
パリティの容量は総ディスク台数の多寡を問わず、常にディスク２台分の容量に等しくなりますので、レイドを構成するディスクの台数が増えれば増えるほど利用効率は向上することになります。
システム構成のためには最低４台のディスクが必要です。

- RAID5と比べてさらに高い信頼性がある。
- 同時に２台までのディスクが故障しても、故障したディスク以外のデータとパリティ情報により、壊れたディスクの内容を復旧することができる。
- 二重にパリティを生成するため、レイド5よりも書き込み速度が低下する。
- コントローラーの故障に対応できない。(レイド 1+0はできる）

RAID0とRAID1を組み合わせた構成を特別にRAID1+0(RAID10)/RAID0+1(RAID01)と呼びます。
高速化、大容量化を目指したRAID 0と高信頼性を求めたRAID1を組み合わせることにより、速度、容量、信頼性の向上を図ることができます。
最低4ドライブ必要です。
RAID 0とRAID 1は相性がよく、特にコントローラを別にしたハードディスクのグループを使ったRAID 1+0はコントローラ故障にも対応できるため、RAID6より信頼性が高い。

- RAID 0+1：ストライプされた領域をミラー する。
- RAID 1+0：ミラーセットをストライプ する。

レイド0+1ではレイド1を構成するレイド0領域のディスクそれぞれ1台ずつが故障した時点でデータが破壊するのですが、レイド1+0ではレイド0を構成するレイド1の構成ディスク2台がどちらも故障しない限りデータは破壊されません。レイド1を使用しているためコントローラの2重化にも対応できるため、大容量が必要で、なおかつ強力な信頼性が求められる場合に採用されることが多いです。