今回は資料として使いやすい様に冊子を作成し公開する事にしました。印刷し易いｐｄｆ版と内容を修正や追記等ができる編集可能な文章ファイルとしてOpenDocument txt形式のファイルを用意しました。OpenDocument txt形式のファイルは兵ちゃんの研究室で使われている標準文章ファイルになりホームページで使われているhtmlファイルにしやすいのとマイクロソフト依存を減らしたいので使っています。編集可能なソフトとしては勿論、マイクロソフトのWard、LibreOffice等の様々なソフトで編集する事ができます。

今回は問題として思ったのは良い資料を見つけても内容が古くてそのままでは使えないという事です。それを改善するにはどうしたら良いか考えた結果、時の流れによって規格等が変わってしまうので内容を修正し追記等もできる編集可能なファイルを公開するところに落ち着きました。そうすれば内容が古くなってしまっても自分で最新の状態に更新して使う事ができます。長く参考資料として使えれば幸いです。

 2020.09.18　兵ちゃん

ハードウェアRAID（インテリジェントタイプ）

ソフトウェアRAID（ノンインテリジェントタイプ）

実現方法

専用のコントローラが処理します。

CPUが処理します。

メリット

CPUがRAIDの管理を行わないためCPUに負荷がかかりません。OSからは単体のHDDに見えます。OSが不安定になってもRAIDに影響を与えません。パソコン（コンピュータ）のCPU資源を使わないため速度性能が向上する事が期待できます。またRAID のシステム構成、およびログ情報を記憶する専門のハードウェア機能を有しています。これにより障害発生時からの復旧や障害発生原因の解析を行う事ができます。

専用コントローラが不要なため安価に実現が可能です。

デメリット

専用ハードウェア（RAIDコントローラ）が必要なためRAID装置としての全体の値段が高くなります。

CPUへ負荷が高まり同時アクセスによっては装置全体の処理が遅くなることがあります。また、OSが不安定になるとRAID管理に影響を及ぼす可能性があります。RAID のシステム構成、およびログ情報を記憶する専門のハードウェアを有していません。RAID のシステム構成やログ情報を記憶する専門のハードウェアを有していません。RAID のシステム構成は全てハードディスクドライブに記憶しています。そのため、ハードディスクドライブの故障(Dead)により、RAID システムの再構築に影響を及ぼす可能性があります。

特徴

SAS 3.0

SATA 3.0（SATA�V）

Scalability

(拡張性)

1対1接続のため電気特性が高い。(ノイズに強い)

1ch につき最大 1 台まで接続可能SAS エキスパンダを利用することで、1ch に複数台接続可能

1ch につき最大 1 台まで接続可能

Performance

(能力)

1ch あたり最大転送速度 12Gbps

1ch あたり最大転送速度 6Gbps

回転数 10,000〜15,000rpm

回転数 5,400〜7,200rpm

複数同時処理能力が高い(コマンドキューイング機能あり)

複数同時処理能力が高い(コマンドキューイング機能がある製品に限り)

Reliability

(信頼性)

リアサイン機能等の異常時のリカバリ処理能力が高く、エラー発生時のステータス情報が豊富。

リカバリ処理能力が低く、エラー発生時のステータス情報が乏しい。

メディア記録密度が低い分、塵等の影響に強くHead マージンも高くなるためエラーが少ない。

Maintainability

(保守性)

HotPlug 可能な標準インターフェースを HDD に持つためシステム稼動中にHDD 交換が可能。

Cost

(費用)

メディア記録密度が低く、GB あたりの単価がSATA に比べ高価である。

GB あたりの単価が SAS と比べ安価である。

メディア記録密度が高く、コストパフォーマンスに優れている。

物理デバイスのインターフェース

奨励用途

主な理由

SAS

データベースサーバなどの

ハイエンド環境

パケット転送やディスコネクト機能等の多数台接続、大容量転送に有利な機能を有す。

高い性能、信頼性そしてスケーラビリティを有する

SATA

ワークグループサーバなどのSOHO 環境

ハードディスクドライブを単体構成で運用し、ファイルサイズ(転送データ長)が小さい場合、コマンドのオーバヘッドがないため、性能差が生じない。

価格メリットを活かし用途に応じサーバを使い分けるシステム展開が可能である。

ライトスルー（Write Through）

OSなどのソフトウェアから書き込み要求がきた場合に、RAIDコントローラ上のキャッシュメモリと物理デバイスの両方に書き込みを行う方式。ソフトウェアは、物理デバイスへの書き込み処理が終了するのを待ってから次の処理に移るため、一般的にWrite Backよりアクセス性能は劣ります。しかし、ソフトウェアからの書き込み要求が即時に物理デバイスに反映されるため、電源瞬断などの不慮の事故が発生してもデータを損失する危険性が少ないという利点があります。

ライトバック（Write Back）

OS などのソフトウェアから書き込み要求がきた場合に、RAID コントローラ上のキャッシュメモリへのみ書き込みを行い、物理デバイスへの書き込みはキャッシュメモリ上のデータを元に RAID コントローラが非同期に行う方式。キャッシュメモリにデータが書き込まれた時点でソフトウェア側に完了通知が発行されるため、物理デバイスへの書き込み処理が完了するのを待たずにソフトウェア側は次の処理を継続することができます。一般的に Write Through よりアクセス性能が向上しますが、電源瞬断などの不慮の事故が発生した際にキャッシュメモリの内容が物理デバイス上に反映されない場合があり、データ損失の危険性があります。

1

同―型番の物理デバイスでのみ、ディスクアレイを組むことが可能です。

2

同一RAIDコントローラ配下の物理デバイスを使用して、(RAID レベルを問わず)複数のディスクアレイを組むことが可能です。

3

同一 RAID コントローラ配下の物理デバイスを使用して、複数のディスクアレイを組むことが可能です。

4

複数のRAIDコントローラを搭載したパソコン（コンピュータ）にてRAID コントローラをまたいだ物理デバイスを使用して、ディスクアレイを組むことはできません。

5

サーバの運用を停めずに、物理デバイス追加によるディスクアレイ容量の拡張が可能です(Add Capacity 機能)。

RAID0 （Redundant Arrays of Inexpensive Disks 0）(ストライピング) （striping）

複数台の物理デバイスを単一ドライブに見立てアクセスを分散する事で高速化、大容量化を実現します。本来RAIDのRはRedundantつまり冗長化を意味しますがRAID0は単なるストライピングであり冗長性はゼロです。ハードディスクドライブのどれか一つでも壊れたらデータは消滅します。したがって、冗長性がないRAID0をRAIDと呼ぶことは矛盾しています。またRAID0は他のRAIDレベルと組み合わせて信頼性と速度を同時に向上させるために用いられています。例えばRAID10、RAID50、RAID60等、その際、複数台のドライブ用意して複数のドライブセット間とドライブ間でそれぞれ異なるRAIDレベルを適用します。

冗長性

無し

特徴

全物理デバイス容量をデータディスクとして使用可能

RAID レベルの中で最も高速

冗長構造ではないため物理デバイスが故障(Dead)するとデータをロストしてしまう

使用に適した AP

クリティカルでないデータに対して高い性能を必要とする AP

ドライブ数

2 台以上

RAID1（Redundant Arrays of Inexpensive Disks 1） (ミラーリング)（mirroring）

2 台 1 組の物理デバイスに対し常に同じデータを格納する事でデータを二重化し高信頼性を実現します。

冗長性

有り

特徴

1 台の物理デバイス が故障(Dead)しても、もう片方の複製物理デバイスより復旧をおこなう

2 台の物理デバイスのみで冗長性のある RAID システムを構築できるため、必要な総コストは最も低くなる

書き込み性能は理論値で単一物理デバイスへの書き込みと比べ1/2 になる

データを書き込める容量は物理デバイスの総容量の 1/2 になる。

使用に適した AP

論理ドライブ、重要なファイルを格納するドライブ

ドライブ数

2 台

RAID5（Redundant Arrays of Inexpensive Disks 5） (パリティ(分散)付きストライピング(ブロック))

複数台の物理デバイスを単一ドライブに見立てアクセスを分散します。また保存するデータのパリティを生成し各物理デバイス（ハードディスク）に保存します。これにより高速化、大容量化および高信頼性を実現します。RAID6が登場するまでは、RAIDとして市場に出ている製品では最も一般的でした。問題点としては構成する物理ディスク（ハードディスク）は3台中1台まで故障してもデータは保持されますが故障の復旧中はパリティの再生成のため残った物理ディスク（ハードディスク）がフル稼動します。その負担は非常に大きいもので物理ディスク（ハードディスク）を交換してRAIDを復旧する際に別のハードディスクが故障するという事例が続出しました。この現象の発生する確率は低いようなのですが同一ロットのハードディスクを同じ時間使用すれば故障する確率が同じになりハードディスクが1台故障したら他のハードディスクも故障する時期に来ていると言う事になります。RAID5ではまだ壊れていなかったハードディスクに負荷をかける事によってとどめを刺すような形で他のハードディスクが故障してしまう事が有ります。近年はその問題が起こりにくいように改良した更に負荷がかかりにくいRAID6を採用する例が増えています。

冗長性

有り

特徴

1台の物理デバイス が故障(Dead)してもデータを保護することができる

大きなファイルのシーケンシャル読み出しが高速である

データ以外にパリティを物理デバイスに格納するため物理デバイス総容量の 66%〜93%がデータを格納できる領域となる。※RAIDコントローラによっては固定

パリティを生成する時間がかかるため、書き込み性能は高くない

使用に適した AP

重要なデータを大量に扱い、リード性能が要求される AP

ドライブ数

3 台以上

RAID6 (二重化パリティ(分散)付きストライピング(ブロック))

RAID5を発展させパリティを2倍にした物です。複数台の物理デバイスを単一ドライブに見立てアクセスを分散します。また、保存するデータのパリティを生成し各物理デバイスに二重化して保存します。これにより高速化、大容量化および高信頼性を実現します。また確率は低いがRAID5の復旧時に他の故障していないハードディスクがさらに故障する問題を解決しているため今後普及していきます。

冗長性

有り

特徴

2 台の物理デバイス が故障(Dead)してもデータを保護することができる

大きなファイルのシーケンシャル読み出しが高速である

データ以外にパリティを物理デバイスに格納するため物理デバイス総容量の 33.3%〜75%がデータを格納できる領域となる。※RAIDコントローラによっては固定

パリティを生成する時間がかかるため、書き込み性能は高くない

使用に適した AP

重要なデータを大量に扱い、リード性能が要求される AP

ドライブ数

3 台以上

RAID01（Redundant Arrays of Inexpensive Disks 01）又はRAID0+1（組み合わせ）

RAID0でストライピングされた構成をRAID1により冗長性を高めたもの。

冗長性

有り

特徴

1〜2 台の物理デバイスが故障(Dead)してもデータを保護することができる(物理デバイス 2 台故障(Dead)の場合は組み合わせによる)

書き込み性能は RAID1 を多少上回る

データを書き込める容量は物理デバイスの総容量の 1/2 になる。

使用に適した AP

論理ドライブ、重要なファイルを格納するドライブ

ドライブ数

4 台

RAID10（Redundant Arrays of Inexpensive Disks 10）又はRAID1+0（組み合わせ）

RAID1により冗長性を高め、それをストライピングする構成。

冗長性

有り

特徴

1〜2 台の物理デバイスが故障(Dead)してもデータを保護することができる(物理デバイス 2 台故障(Dead)の場合は組み合わせによる)

書き込み性能は RAID1 を多少上回る

データを書き込める容量は物理デバイスの総容量の 1/2 になる。

使用に適したAP

論理ドライブ、重要なファイルを格納するドライブ

ドライブ数

4 台

RAID50（Redundant Arrays of Inexpensive Disks 50）又はRAID5+0（組み合わせ）

RAID5により冗長性を高め、それをストライピングする構成。RAID5の信頼性に問題があると指摘されてからは、あまり行なうべきではない構成とされています。

冗長性

有り

特徴

1〜2 台の物理デバイスが故障(Dead)してもデータを保護することができる(物理デバイス 2 台故障(Dead)の場合は組み合わせによる)

書き込み性能は RAID5 を多少上回る。大きなファイルのシーケンシャル読み出しが高速である。

データ以外にパリティを物理デバイスに格納するため物理デバイス総容量の 66%〜93%がデータを格納できる領域となる。※RAIDコントローラによっては固定

使用に適した AP

重要なデータを大量に扱い、リード性能が要求される AP

物理デバイス数

6 台以上

RAID60（Redundant Arrays of Inexpensive Disks 60）又はRAID6+0（組み合わせ）

RAID6により冗長性を高め、それをストライピングする構成。最小構成台数が多いため、特に容量が必要とされ、なおかつ信頼性が必要とされる場合に利用される。

冗長性

有り

特徴

2〜4 台の物理デバイスが故障(Dead)してもデータを保護することができる(物理デバイス 4 台故障(Dead)の場合は組み合わせによる)

大きなファイルのシーケンシャル読み出しが高速である

データ以外にパリティを物理デバイスに格納するため物理デバイス総容量の 33.3%〜75%がデータを格納できる領域となる

パリティを生成する時間がかかるため、書き込み性能は高くない。※RAIDコントローラによっては固定

使用に適した AP

重要なデータを大量に扱い、リード性能が要求される AP

物理デバイス数

6 台以上

参考　JBOD（Just a Bunch of Disks）(spanning：スパニング)非RAID設計

RAIDでは無いが複数のストレージを束ねて一台として運用する手法にはJBOD（Just a Bunch of Disks）あるいはスパニング（spanning）と呼ばれる手法が有ります。これは領域を前後に連結して大きな連続した領域として用いるイメージで、RAID 0のように装置間で並列分散して同時にデータを記録するわけではありません。使用できる容量が台数分だけ向上する点は同じですがJBODでは読み書き時に一度に一台の装置のみを用いるため速度向上は期待できません。ただしRAID 0のようにデータが細かく分割、分散されないためいずれか一台が故障しても他の装置に残されたデータは無事である確率は高くなります。またRAIDコントローラによっては他のRAIDレベルを選択する様にJBODを選択できる物も有ります。

冗長性

無し

特徴

容量の違うハードディスク（物理デバイス）を使用し全ての合計容量を使用できる。

パリティを作らない。

物理デバイス（ハードディスク）の持っている読書速度

故障した物理デバイスに記録されたデータのみ消失し他は残っている可能性が高い。

使用に適した AP

クリティカルでないデータの AP

物理デバイス数

2 台以上（容量が異なっても可）

論理ドライブ名称

会社名等

System Drive

Mylex

Logical Drive

Adaptec、LSI

Virtual Disk

LSI、Intel

Disk Array（Array）

物理デバイス

ノーマルイニシャライズ(NI)

「Fast Initialization = OFF」、「Slow Initialization」、「Full Initialization」、「Clear」等の用語が使われています。

ノーマルイニシャライズは論理ドライブを構築している物理デバイスの全領域に対し、0 データを書き込みます。物理デバイス内の情報は全て 0 クリアされるため、物理デバイス内にもともと保存されていた無効なデータを全て削除することができます。オール 0 データが記録されるため、パリティ情報の整合性も整った状態になります。

ファストイニシャライズ(FI)

「Fast Initialization = ON」、「Initialization」、「Fast init = ON」、「Quick Initialization」、「Quick Init」等の用語が使われています。

ファストイニシャライズは論理ドライブを構築している物理デバイスの先頭部分のみに 0 データを書き込みます。OS のインストール情報や、パーティション情報をクリアすることができます。ノーマルイニシャライズより早く終了するため、次の作業へすぐに移行することができます。ただし、未初期化領域が発生するため論理ドライブ全領域の整合性は整っていません。

バックグラウンドイニシャライズ(BGI)

「BGI」、「Init Mode = Full」、「Build」等の用語が使われています。

デファストイニシャライズを実行した場合、および、ノーマルイニシャライズを中断した場合、初期化を実行していない場合、論理ドライブには未初期化領域が存在する事になります。この未初期化領域に対し、バックグラウンドでパリティ合わせを行う機能がバックグラウンドイニシャライズです。

マニュアルリビルド

障害が発生した物理デバイスを正常な物理デバイスに交換した後、各 RAID コントローラのユーティリティを操作することでリビルド機能が実行されます。

オートリビルド

ホットスペア(スタンバイ)リビルド

冗長性のあるRAID システムにて、ホットスペアをあらかじめ RAID システムに組み込み、物理デバイスの障害発生時に自動的にホットスペアを用いて実行されるリビルドをホットスペア(スタンバイ)リビルドといいます。

ホットスワップリビルド

冗長性のある RAID システムにて、システム稼動中でも電源を落とすことなく、障害が発生した物理デバイスを交換する、この機能をホットスワップと呼びます。そしてホットスワップにて交換された物理デバイスに対して自動的に実行されるリビルドをホットスワップリビルドといいます。

データ復旧時の障害を未然に防ぐ

整合性チェックを定期的におこなうことで、全領域のリードエラーを訂正します。複数台エラーの場合はデータを復旧することができません。したがって、縮退状態が発生した際にリードエラーが発生する領域が存在しないようにする事は大切です。

データの書き込まれていない領域をチェックする

整合性チェックは論理ドライブを構成する物理デバイスの全ての領域に対しおこなわれます。データの格納されていない領域に対してはリードチェックをおこない、その領域が正常であるかどうかをチェックします。これにより物理デバイスの異常を早期に発見することができます。

物理デバイスの機械的なコンディションを整える

物理デバイスの全ての領域にチェックをおこなうことにより物理デバイスの磁気ヘッドを適度に動かすことにつながります。機械的な部分が大部分を占める物理デバイスにとって、内部の機械を定期的に動かすことは非常に大切なことです。

外部媒体への Configuration 情報のバックアップ

Configuration 情報を外部媒体(FD など)へ保存します。バックアップ方式については各 RAID コントローラによって異なるため、ユーザーズガイドを参照して RAID システム構築時に必ず行ってください。

Configuration On Disk (COD)機能

RAID コントローラの Configuration 情報を物理デバイス（ハードディスク）内部に記録する機能です。RAID コントローラ交換時に物理デバイス内に格納している Configuration 情報をロードすることでRAID システムを再構築することができます。

OS

Windows10 pro

入手しやすいOSのため

ケース

HEC CI-7106NPBK

デェスクトップケース

CPU

Core™ i5-9500

RAIDコントローラを使う事で高性能でなくても良い。

マザーボード

ASRock Z390 Extreme4

拡張スロット- PCI Express 3.0 x16 スロットを3本搭載し拡張性が良い

メモリー

64GB

RAIDカード

NEC LSI MegaRAID SAS 9362-8i

NECの型名で行くと「N8103-178」日本語取説有り

RAIDカード用CacheVault Kit

CacheVault Kit 8GB

RAIDコントローラに追加するキャッシュメモリーとバッテリーのキット

ハードディスク

SEAGATE ST8000DM004 8台

記憶容量は1台につき8TB

HDD増設ステイ

Bullet HZS01

3.5インチベイに取付てハードディスク増設するための金具

LANカード

10GBASE-T LANカード intel X550-T2

チーミングを設定して使う

ATX電源

サイズ ATX電源 鎌力SILVER プラグイン750W SPKS-750P

750Wの電源装置

3.5インチベイに増設ステイを取付けて4台

3.5インチシャドウベイに増設ステイを取付けて3台

CPU上部にあるシャドウベイにもハードディスクが搭載できます。

［Ctrl］+［R］で設定ユーティリティを起動

RAIDの設定がしていないので[No Configuration Present!]を[Enter]

今回のRAIDレベルはRAID60なので「RAID-60」を選択。「PD per Span」はハードディスクが8台ついていてRAID60ではRAID6のグループを2つ作り2つのRAID6のグループをRAID0でストライプする組み合わせた物なのでRAID6のグループを何台で作るかと言う意味になりハードディスクが8台で2つのグループを作るので半分の4台で「4」を入力します。またRAID6を選択した場合ではグループを作らないので8台全部がそのまま使えるので「8」を入力します。「Drives」はRAIDで使うハードディスクを方向キーで選択しスペースキーを押し「X」の印を付けます。「X」はRAIDでこのハードディスクを使いますという意味です。「Bacic Settings」の「Size」はRAIDで使うハードディスクを選択したハードディスクの容量（7.25TB）を使う台数分を合わせてトータルした容量に対してRAIDレベルによって使用できる容量のパーセントが違いRAIDレベルによってパーセントが固定されています。「Size」の容量の表示は使用できる容量をRAIDレベルで使える容量のパーセントから計算して表示しています。「Name」は任意で名前を付けます。「raid60」と名前を付け入力しました。「OK」を選択し[Enter]で設定を完了します。

「Virtual Drives」（論理ドライブ）の設定ができた表示です。「ID:0,raid60,29.10 TB」と表示されています。「Esc」キーを押して設定を抜けて「OK」を選び「Enter」キーを押します。

設定が終わったら[Ctrl]+[Alt]+[Delete]を同時に押しリセットをして再起動しOS（Windows10）をインストールします。

Windows10をインストールしてLANカードがインターネットに繋がっているとWindows10の標準ドライバーがインストールされて認識されます。この状態では動作がおかしいので次のMegaRAID SAS 9361-8i用ドライバーをインストールします。

BROADCOM社のホームページへ行きMegaRAID SAS 9361-8i用ドライバーをダウンロードしインストールしてMegaRAID SAS 9361-8i用ドライバーで認識させます。そうするとRAIDコントローラで設定した論理ドライブとかがデバイスマネージャーで正常に認識されるようになります。

RAIDで作られたドライブをOS（Windows10）で使用するにはコントロールパネルでコンピューターの管理を開き「ディスクの管理」をクリックするとこのように表示されます。「GPT」を選択し「OK」をクリックしてディスクの初期化（フォーマット）を行ないます。

フォーマットが終わると「オフライン」と表示されて使えない状態なので右クリックして「オンライン」にします。ここまでやってRAIDで作ったドライブにエクスプローラでアクセスできファイルを保存できるようになります。RAIDの作成が完了です。