【Linux カーネル: OS 入門６】RAID

RAID の実現方法には以下の２種類が存在します。

• ソフトウェア RAID：Linux Kernel などのソフトウェアの機能を利用
• ハードウェア RAID：RAID カードのハードウェアの機能を利用

本記事では、よく利用する RAID0・RAID1・RAID5・RAID6 を紹介します。

Linux カーネルの機能
OS・カーネル	CPU・プロセス管理	メモリ管理	ストレージ管理
ファイルシステム	RAID	I/Oデバイス管理	IPC (プロセス間通信)

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RAID レベルの種類

なお、分割する一定のデータサイズのことを、ストライプサイズと言います。

読み書きが分散されるため、シーケンシャルアクセスが高速化します。

一方で、ランダムアクセスではアクセスサイズが小さいため、読み書きの分散が効きづらく、高速化しにくいです。(ストライプサイズ以下のデータを読み書きする場合は、１つのストレージしか使わないため)

また、１台でもストレージが壊れるとデータが破損する特徴を持ちます。

同じデータを複数のストレージに置くため、ストレージ容量の利用効率が悪いという欠点を持ちます。

１台のストレージが故障した場合でも、パリティを使って元のデータを復元できます。

パリティの計算方法

パリティは他のストレージにあるデータの XOR※ を取ります。
(※XOR は同じ数字なら０、違う数字なら１となる論理演算)

例えば、以下のデータを持つデータAとデータBからパリティを求めてみます。

データ A 10001010
データ B 01001100
---------------------------
パリティ 11000110

パリティを使ったデータの復元

データ B を持つストレージが故障した場合を例に考えます。

データ A とパリティ 1 は残っているので、これらの XOR を取るとデータ B が復元できます。

データ A 10001010
パリティ 11000110
---------------------------
データ B 01001100

パリティのデメリット (RAID5 のデメリット)

RAID5 は、データの書き込みに時間がかかります。

これは書き込み前に、「パリティの計算に使用するデータの読み出し」と「パリティの計算」をする必要があるからです。

ただし、最近は大容量のキャッシュと専用の XOR 演算機を搭載することでデメリットが解消されています。

対角線パリティの詳細については、以下の記事をご覧ください。

RAIDのデータ復旧のしくみ（2）｜Hisao Tsujimura

こんにちは、辻村です。前回は、「RAIDのデータ復旧の仕組み（１）」と題して、簡単な足し算と引き算を使ってRAID-5の復旧の仕組みについてお話ししました。今回は RAID-6についてお話をしていきます。今回のお話は小学校の算数だけでは残念ながら解けません。中学校の数学くらいは必要です。最後の方で有限体（たい）のお話に...

note.com

まとめ

RAID の種類ごとの特徴のまとめは、以下のとおりです。

［試して理解］Linuxのしくみ　―実験と図解で学ぶOS、仮想マシン、コンテナの基礎知識【増補改訂版】

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RAID の設定方法

今回は２つのブロックストレージ [xvdb] と [xvdc] を使用して、RAID0 を組んでみます。

RAID の作成

NAME    MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE  MOUNTPOINT
xvda    202:0    0   8G  0 disk  
└─xvda1 202:1    0   8G  0 part  /
xvdb    202:16   0   8G  0 disk  
xvdc    202:32   0   8G  0 disk

• --level は RAID レベルを指定 (今回は RAID0 を組むので 0)
• --raid-devices は <デバイス数> <RAID に使うデバイス1> <RAID に使うデバイス2>....を指定

$ lsblk
NAME    MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE  MOUNTPOINT
xvda    202:0    0   8G  0 disk  
└─xvda1 202:1    0   8G  0 part  /
xvdb    202:16   0   8G  0 disk  
└─md0     9:0    0  16G  0 raid0
xvdc    202:32   0   8G  0 disk  
└─md0     9:0    0  16G  0 raid0

xvdb 8G と xvdc 8G からなる md0 16G の raid0 が作成できていることを確認できます。

作成した raid0 の詳細は sudo mdadm --detail /dev/md0 コマンドで確認できます。

RAID にファイルシステムを作成

NAME    FSTYPE            LABEL UUID MOUNTPOINT
xvda                                                                 
└─xvda1 xfs               /     UUID1 /
xvdb    linux_raid_member 0     UUID2 
└─md0   xfs                     UUID3 
xvdc    linux_raid_member 0     UUID2 
└─md0   xfs                     UUID3

RAID0 (md0) に対して、xfs ファイルシステムが作成できたことが確認できます。

RAID をマウント

NAME    MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE  MOUNTPOINT
xvda    202:0    0   8G  0 disk  
└─xvda1 202:1    0   8G  0 part  /
xvdb    202:16   0   8G  0 disk  
└─md0     9:0    0  16G  0 raid0 /mnt/raid
xvdc    202:32   0   8G  0 disk  
└─md0     9:0    0  16G  0 raid0 /mnt/raid

md0 のマウントポイントが /mnt/raid であることが確認できます。

RAID の動作確認

test.txt

通常のファイルシステムと同様にファイルを格納できていることがわかります。

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