ハードウェアRAID vs ソフトウェアRAID
RAIDは一般的に「Redundant Array of Independent Disks」として知られ、複数の独立したハードディスクを1つまたは複数のアレイに仮想化し、パフォーマンスの向上、容量の増加、耐障害性の追加、信頼性の向上を目的とした方法です。RAIDはハードウェアまたはソフトウェアを介して実行できます。この記事では、ハードウェアRAIDとソフトウェアRAIDとは何か、およびハードウェアRAIDとソフトウェアRAIDの違いについて詳しく説明します。また、利用可能なさまざまなRAID構成についても探ります。
ハードウェアRAIDとは？
ハードウェアRAIDは、専用のRAIDコントローラーを使用してRAID構成を管理します。つまり、RAIDコントローラーは、OS（オペレーティングシステム）とは独立してRAIDに関連するすべてのタスクを管理および実行します。ハードウェアRAIDでは、RAIDコントローラーが物理アレイと仮想ディスクを構成し、使用できるように初期化します。
また、RAIDコントローラーは、ディスクの整合性チェック、物理ドライブ間のデータ割り当て、および物理ドライブの1つが故障した場合のデータ整合性のためのRAIDアレイの再構築を担当します。
ハードウェアRAIDコントローラーは、ハードウェアベースのRAIDを制御します。通常、ハードウェアRAIDコントローラーはPCのマザーボードのPCIeスロットに挿入されます。RAIDコントローラーは通常、さまざまなRAID構成をサポートします。
ハードウェアRAIDについて説明したので、ソフトウェアベースのRAIDについて簡単に見ていきましょう。
ソフトウェアRAIDとは？
真のソフトウェアRAIDは、通常、オペレーティングシステムにデプロイされたソフトウェアを介して実行されます。しかし、ソフトウェアRAIDはBIOSベースのソフトウェアRAIDを使用してOS外でも実行できます。BIOSソフトウェアRAIDは、BIOSレベルでソフトウェアを介して構成されます。RAIDがオペレーティングシステムまたはBIOSを介して構成されているかに関わらず、どちらの形式もソフトウェアRAIDと見なされ、どちらもシステムのCPUに負担をかけます。これは、処理が別のRAIDシステムで行われるハードウェアRAIDとは異なります。
ハードウェアRAIDとソフトウェアRAIDの違いとは？
ハードウェアRAIDとソフトウェアRAIDの主な違いは、ソフトウェアRAIDではソフトウェアがRAIDの管理を担当するのに対し、ハードウェアRAIDではRAIDを管理するために専用のハードウェア（RAIDコントローラー）がシステムにインストールされることです。 ソフトウェアベースのRAIDに反対する人々は、ソフトウェアRAIDがCPUに負担をかけ、RAIDを管理するためにメインシステムから処理能力が奪われるため、システムの計算性能を低下させると主張します。しかし、特にRAID 0やRAID 1のようなシンプルなRAIDアプリケーションを実行する場合、そのような主張は過大評価されています。これは、コンピューターの処理能力が大幅に進歩し、CPUが非常に強力になっているためです。したがって、ソフトウェアRAIDを実行しても、システムのパフォーマンスに顕著な影響を与えることはありません。
ソフトウェアRAID（メリットとデメリット）
ソフトウェアRAIDを使用することの利点と欠点をいくつか見ていきましょう。
ソフトウェアRAIDのメリット
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コスト– ソフトウェアRAIDがハードウェアRAIDに比べて最大の利点はコストです。ソフトウェアベースのRAIDを使用するため、ハードウェアRAIDコントローラーに投資する必要がないため、費用を節約できます。
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処理能力 –今日のほとんどのシステムは強力なプロセッサを搭載しており、システムのパフォーマンスに顕著な影響を与えることなくRAIDを管理できます。
- より多くのドライブをサポート – ソフトウェアRAIDはハードウェアRAIDよりも多くのドライブをサポートします。
ソフトウェアRAIDのデメリット
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速度 – ソフトウェアベースのRAIDは、ハードウェアベースのRAIDよりも遅くなる場合があります。これは、ハードウェアRAIDがRAID構成を管理するために専用のハードウェアを利用するためです。ソフトウェアRAIDは、CPUがオペレーティングシステム、アプリケーション、およびRAIDの実行をタスク化されるため、遅くなります。したがって、メインシステムからパフォーマンスが奪われます。
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互換性 – ソフトウェアRAIDは、異なるオペレーティングシステムによって共有されるディスクではうまく動作しません。
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サポート – 一部のオペレーティングシステムは、限られた量のRAID構成のみをサポートしています。すべての構成については、適切なRAIDコントローラーに投資する必要があります。
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交換 – ソフトウェアRAIDでは、故障したディスクの交換がかなり複雑になる場合があります。
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移行 – RAIDは単一のシステムにのみ実装できるため、RAIDアレイを別のOSや同じOSの他のバージョンに移行することは困難です。
- アルゴリズム – ソフトウェアRAIDは、適切なパフォーマンスを実現するために優れたアルゴリズムを必要とします。優れたアルゴリズムがなければ、ソフトウェアRAIDのパフォーマンスは低下します。
ハードウェアRAID（メリットとデメリット）
ハードウェアRAIDのメリットとデメリットをいくつか見ていきましょう。
ハードウェアRAIDのメリット
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パフォーマンス – ハードウェアRAIDは、オペレーティングシステム（OS）とは独立してRAIDを管理する専用のRAIDシステムを備えているため、ソフトウェアベースのRAIDよりも高速になる傾向があります。つまり、RAID処理がメインシステムから専用のRAIDコントローラーカードにオフロードされるため、メインシステムに負担をかけません。ハードウェアRAIDは、処理能力が限られているレガシー機器での使用に特に有益です。これは、アドインRAIDコントローラーがRAIDアレイの管理タスクを引き受けるため、システムのCPUへの負担が軽減されるためです。
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追加構成 – ハードウェアRAIDは、ソフトウェアベースのRAIDが提供するよりも多くの構成を備えていることがよくあります。マザーボードはいくつかのオプションを提供することが多いため、ハードウェアRAIDカードに投資することで、それ以外では利用できない追加のRAID構成が提供されます。
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互換性 – ハードウェアRAIDは、ソフトウェアRAIDよりも異なるオペレーティングシステム間で優れた互換性を提供します。たとえば、MacとWindowsなどの2つの異なるオペレーティングシステムからRAIDシステムにアクセスする予定がある場合は、ハードウェアRAID構成を選択する方が良いでしょう。
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システムリソースの使用量が少ない – ハードウェアRAIDは、バックアップおよびリカバリ操作を実行するときにシステムへのストレスを軽減します。これは、そのようなプロセスがメインシステムのCPUに負担をかけない専用のRAIDシステムによって処理されるためです。
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バッテリーバックアップ – RAIDカードにはキャッシュとメモリを保護するバッテリーが搭載されているため、ハードウェアRAIDは停電時にデータ損失やデータ破損から保護します。
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ウイルス – RAIDシステムはホストシステムから完全に分離されているため、ハードウェアRAIDカードはウイルスに脆弱ではありません。
- 暗号化 – 新しいRAIDコントローラーには、ドライブ上のデータを保護するためのハードウェアベースの暗号化メカニズムが搭載されています。
ハードウェアRAIDのデメリット
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コスト – ハードウェアRAIDカードは、RAIDアレイを管理するために専用のハードウェアに投資する必要があるため、ソフトウェアRAIDよりも高価です。ソフトウェアRAIDには追加のハードウェアは必要ないため、より低コストの代替手段となります。
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RAIDカードの交換 – 専用のRAIDカードを使用することに関連するもう1つの欠点は、RAIDコントローラーが故障した場合に発生します。RAIDコントローラーが故障した場合、以前の構成を維持するために互換性のあるRAIDカードを見つけて交換する必要があります。
- ボトルネック – システムのパフォーマンスは、RAIDカードのパフォーマンスによってボトルネックになる可能性があります。
RAIDの異なる構成とは？
最も一般的な2つのRAID構成はRAID 0とRAID 1です。これらのRAID構成のいずれかを使用している場合、ソフトウェアRAIDとハードウェアRAIDの使用の間に顕著な違いはないでしょう。これから最も一般的なRAID構成について説明します。
1. RAID 0 （ストライピング）
RAID 0はストライピングまたはストライプボリュームとして知られ、データをブロックに分割し、複数のストレージデバイスにデータを広げることを含みます。これにより、単一ファイルのコンテンツが複数のディスクにストライピングされ、データ書き込み速度が向上します。しかし、パフォーマンスの向上にはコストがかかります。これは、アレイ内のドライブの1つが故障すると、データが複数のディスクにストライピング（分散）されているため、すべてのデータが失われるためです。RAID 0は、ストレージデバイスから最高のパフォーマンスを引き出すのに理想的です。しかし、RAID 0は非クリティカルなデータストレージにのみ使用すべきです。たとえば、ビデオ編集に使用するシステムがある場合、RAID 0はデータの読み書きのパフォーマンス向上に役立つため、使用できます。ただし、1つのドライブの故障によりすべてのデータが失われるため、重要な情報を保存すべきではありません。
2. RAID 1 （ミラーリング）
RAID 1 はミラーリングとして知られており、冗長性のためにあるドライブのデータを別のドライブに複製することを含みます。 RAID 1 は、データのコピーを別のドライブに作成するのに優れており、アレイ内の単一のドライブが故障した場合にデータを回復する機能を提供します。簡単に言えば、RAID 1 は同じデータを2 つのドライブに書き込むことを含みます。 ドライブの 1 つが故障した場合、RAID コントローラーは正常なドライブを使用してデータを新しいドライブに複製できるため、データ回復が迅速かつ簡単になります。
これにより、RAID 1 は重要なデータに最適です。なぜなら、いずれかのドライブが故障した場合でも、常にデータのコピーが手元にあるからです。ただし、RAID 1 を利用すると、同じデータが 2 回書き込まれるため、ドライブ容量は合計ドライブ容量の半分になります。たとえば、システムに 2 つの 500GB SSD をインストールし、RAID 1 アレイを選択した場合、システムは単一の 500GB ハードドライブと認識し、同じデータを両方のストレージデバイスに書き込みます。
繰り返しになりますが、RAID 1 はドライブの 1 つが故障した場合に非常に有効であり、データはすぐに 2 番目のドライブで利用可能になるため、システムはダウンタイムを経験することなく動作を継続できます。
さらに、RAID 1 のもう 1 つの利点は、データ読み取り速度の向上です。これは、システムが両方のドライブから同じデータを同時に読み取ることができ、システムの読み取り速度が向上するためです。 残念ながら、書き込み速度は向上しません。なぜなら、システムはまずデータを 1 つのドライブに書き込み、次にそのデータを 2 番目のドライブにミラーリングする必要があるからです。
3. RAID 5 (パリティ付きストライピング)
RAID 5 には3 つ以上のハードドライブが必要です。これは、RAID パリティを使用してデータを保護し、パフォーマンスを向上させます。RAID 5 は複数のドライブにデータを保存し、システムが複数のドライブからデータを読み取れるようにします。 ただし、RAID 5 構成では、1 つのドライブの容量が失われます。たとえば、3 つのハードドライブを追加した場合、RAID 5 はドライブ全体にデータをストライピングし、パリティビットを3 つのドライブすべてに保存し、データを 3 つのドライブすべてに分割します。 3 つのドライブのいずれかが故障した場合でも、RAID コントローラーが RAID パリティ (ボーナスデータ) を使用して、故障したドライブで失われたデータを再構築できるため、データが失われることはありません。もちろん、パリティデータを保存するには、単一のハードドライブのストレージを犠牲にする必要があります。したがって、RAID 5 が機能するには最低 3 台のハードドライブが必要です。
4. RAID 6 (二重パリティ付きストライピング)
RAID 6 は RAID 5 と同じですが、機能するには最低4 つのハードドライブが必要です。これは、RAID 5 が使用する 1 セットではなく 2 セットのパリティデータを使用するため、RAID 6 は組織がデータを失うことなく 2 つのドライブの損失に耐えることができるからです。とは言え、2 つのドライブが同時に故障する可能性は非常に低いですが、もしそうなったとしても、システムは故障したドライブ上のデータを再構築できるため、データを失うことはありません。したがって、データにさらに冗長性とセキュリティが必要な場合は、RAID 6 の構成を使用する必要があります。なぜなら、RAID 5 よりも安全だからです。さらに、RAID 6 は RAID 5 よりも読み取り速度が速いです。これは、データがより多くのドライブに保存され、システムが同時にデータを読み取ることができるため、読み取り速度が向上するからです。
5. RAID 10 (RAID 1 と RAID 0 の組み合わせ)
RAID 10 はRAID 1 と RAID 0 を組み合わせて、ハイブリッド RAID 構成を作成します。これは、各ドライブセットにデータをストライピングし、2 番目のドライブセットにデータをミラーリングすることでセキュリティを提供し、組織に両方の長所を提供します。 いずれかのドライブが故障した場合でも、残りのミラーリングされたドライブからデータをコピーするだけで済むため、RAID は非常に迅速にドライブを再構築できます。とは言え、ミラーリングデータのためドライブストレージの半分が失われるため、RAID 10 は RAID 5 および RAID 6 よりも高価になります。
生容量と使用可能容量
RAID を使用する場合、ドライブの生容量と、データの保存に使用できる使用可能容量との間に違いがある可能性があることに注意してください。 使用可能なストレージは、使用する RAID レベルによって異なります。たとえば、RAID 1 を使用する場合、データの保護には優れていますが、ドライブ容量の半分が失われます。たとえば、2 台の 1TB ハードドライブがあり、合計生容量が 2TB の場合、1TB の使用可能ストレージ容量が残ります。
ただし、RAID 0 の場合、データは両方のドライブにストライピングされるため、使用可能容量は生容量と同じになり、データが失われることはありません。しかし、欠点は、いずれかのドライブが故障すると、すべてのデータが失われることです。
RAID 5 の場合、最低 3 台のドライブが必要です。RAID 5 を使用する場合、3 台のドライブがある場合、一部のストレージがパリティビットの保存に使用されるため、1 台のドライブの容量が失われます。パリティビットは、いずれかのディスクが故障した場合にデータを再構築できるように、すべてのディスクに保存されます。たとえば、3 台の 1TB ドライブを RAID 5 で構成し、合計生容量が 3TB の場合、2TB の使用可能容量が残ります。
RAID 6 はRAID 5 と似ていますが、1 つのパリティストライプを使用する代わりに RAID 6 は 2 つのパリティストライプを使用するという違いがあります。RAID 6 は最低 4 台のドライブを必要とし、同時に 2 台のドライブの損失に耐えることができます。たとえば、5 台の 1TB ドライブがあり、合計 5TB の生容量がある場合、2 台のディスク分のパリティデータは使用できず、合計使用可能容量は 3TB となります。
よくある質問 (FAQ)
1. RAID にはいくつのディスクが必要ですか？
RAID 0 と RAID 1 が機能するには最低 2 台のハードドライブが必要です。ただし、RAID 5 には最低 3 台のハードドライブが必要です。 RAID 6 には最低 4 台のハードドライブが必要です。必要なハードドライブまたは SSD の数は、使用している RAID の種類によって異なります。
2. 最も速い読み書き速度を提供する RAID はどれですか？
RAID 0 は最速の RAID タイプです。しかし、いずれかのドライブが故障するとすべてのデータが失われるため、重要度の低い情報にのみ使用すべきです。これは、データが両方のドライブにストライピングされるため、1 つのドライブの損失はすべてのデータの損失に等しいからです。
3. 最高のストレージ容量を提供する RAID はどれですか？
RAID 0 は、冗長性がなく、データをミラーリングする必要がないため、最高のストレージ容量を提供します。代わりに、RAID 0 はデータを 2 つのドライブにストライピングするだけで、組織はすべてのドライブの完全なストレージ容量を最大限に活用できます。しかし、RAID 0 は、たとえ 1 台のドライブの故障でもデータの完全な損失につながるため、ミッションクリティカルな情報には使用すべきではありません。
4. RAID 0 と RAID 1 はどちらが良いですか？
ワークロードに最適なオプションは、RAID 構成に何を期待するかによって異なります。RAID 0 は非常に高速なデータ転送速度を提供しますが、フォールトトレランスを提供せず、データ冗長性も提供しません。一方、RAID 1 はミラーリングを提供し、同じデータを 2 つのドライブに保存できます。両方のドライブにデータを保存することで、データ読み取り速度のパフォーマンスが向上しますが、データをミラーリングするためにデータストレージの半分が失われます。しかし、書き込み速度に関しては、ミラーリングのためにデータを 2 回書き込む必要があるため、RAID 1 は RAID 0 よりも遅くなります。
5. RAID5 ではどれくらいのストレージが失われますか？
RAID 5 構成のために 3 台のハードドライブを追加すると、1 台のストレージドライブに相当する容量が失われます。したがって、RAID 5 構成を選択した場合、合計容量 6TB の 3 台の 2TB ドライブを追加すると、2TB の容量が失われることになります。
6. どの RAID が最適ですか？
パフォーマンスと冗長性が必要な場合は、RAID 5 構成でシステムを構成する必要があります。システムは、データの損失なく 1 台のドライブの損失に耐えることができるため、冗長性が利用可能です。
7. Intel チップセット RAID とは何ですか？
Intel チップセット RAID は、多数のIntel チップセットに内蔵されているファームウェアベースのRAID ソリューションです。RAID 0、1、5、10 に対応しています。
