※ 本記事では、基本情報技術者試験の対策として私が勉強したことを備忘録的にまとめておきたいと思います。
少しでも参考になれば嬉しいです。
はじめに
さて今回は、基本情報技術者試験でよく問われる、「RAID」とは何かについてまとめたいと思います。
「RAID」は種類が多いため、暗記するのが難しそう・・・と抵抗を持っていませんか？？
（私は抵抗だらけでした・・・）
ただよーく見てみると、それぞれ特徴的なキーワードがあります。
それらと関連付けて覚えるようにすれば簡単です。
ちなみに私はこの参考書を使って勉強してました。
漫画形式で読みやすく、分かりやすい内容になっているため、無理なく学習を進められると思います。
過去問を解きまくり、不明点があれば参考書で知識を補う、このサイクルで試験対策するのが私のオススメです！
最新版はこちらです。
少し内容が異なる部分もあるかもしれませんが、大まかには変わらないはずですので、安心して下さい。
RAIDって何？？
RAID（Redundant Array of Independent Disks）とは、複数のHDDを組み合わせることで、論理的に1つのHDDとみなして運用する技術のことであり、データセンターやサーバーなど、重要なシステムで広く使用されています。
適切なRAIDレベルの選択と正しい構成を取ることで、HDDの信頼性や速度を飛躍的に向上させることができます。
データの保護と安定したシステム運用に欠かせない技術であることがよく分かりましたかね？？
さて、そんなRAIDには様々な種類があります。
今回は基本情報でよく問われる、RAID0 ~ RAID5にポイントを絞って特徴をまとめていきます。
さっそく見ていきましょう！
各RAIDの特徴
RAID0
2台以上のHDDに対し、データを分散させて書き込む方法です。
このような書き込みの方法をストライピングと呼びます。
（「ストライプ」ですので、縞々の模様をイメージしていただければOKです。分割されているような印象を得られますよね？？）
- 高速なデータ処理
RAID0はデータを複数のディスクに分散して保存するため、データの読み書きが同時に行われます。その結果、データの処理速度が向上し、高速なデータアクセスが可能となります。
特に大容量のファイルやデータベースの処理において効果があります。
- コスト効率
RAID0ではディスクの冗長性を持たないため、他のRAIDレベルに比べて安価に実装できます。また、容量の合算により大容量のストレージを構築できるため、コスト効率が高いです。
- 冗長性の欠如
RAID0はデータの冗長性を持ちません。これがメリットでもあり、デメリットでもあります。
データが複数のディスクに分散保存されるため、仮に1つのディスクが故障すると、他のディスク上のデータにも影響を与え、全体のデータが失われる可能性があります。
要は、分散させて保存（ストライピング）することで速度を向上させることができる一方、1台でもHDDが故障するとその中に保存されいるデータは失われてしまう可能性があるということです。
これらがRAID0の特徴ですね。
RAID1
2台以上のHDDに対し、全て同じデータを書き込む方法です。
このような書き込みの方法をミラーリングと呼びます。
（「ミラー」ですので、鏡をイメージしてもらえればOKです。鏡に映るような感じで、全く同じものが複製されるような印象を得られますよね？？）
- 冗長性の確保
RAID1ではデータがミラーリングされるため、1つのディスクの故障が発生してもデータの損失はありません。全く同じコピーがあるためですね。冗長性が求められる環境でのデータ保護に適しています。
- 容量の半減
RAID1では、ミラーリングされたデータを保存するため、実際のストレージ容量は参加するディスクの半分となります。
例えば、2つの1TBディスクを使用する場合、実際のストレージ容量は1TBになります。
（1つのデータを2箇所に保存しておくため、2倍の容量が必要、すなわち容量が半減、というわけですね。）
これらがRAID1の特徴です。
要は、RAID0と全く真逆なイメージです。速度のRAID0、冗長性のRAID1といった感じでしょうか？？
それぞれ用途に合わせて、使い分けが重要ということですね。
RAID2
RAID2はRAID0と同様、データの書き込みにストライピングを用います。
RAID0との大きな違いは、HDDが故障した際でもデータの復元が行える点です。
（RAID0はデータの復元が難しかったですよね？？）
ハミングと呼ばれる誤り訂正符号をデータとは別のHDDに保存しておき、故障の際はこのハミングを用いてデータを復元します。
- データの高い冗長性
RAID2はビットレベルのパリティを使用してデータの冗長性を確保します。ディスクの故障が発生した場合でも、パリティ情報を使用してデータの復元ができます。
（RAID0との大きな違いです。）
ちなみにですが、データのエラー検出というのもできるみたいですよ。
（いまいちよく分かっていませんが・・・）
- 高速なデータ処理
データを複数のディスクに均等にストライピングすることで、並列処理による高速なデータアクセスが可能です。特に大規模なデータベースアプリケーションやデータ解析など、高速な読み取りが必要な環境で威力を発揮します。
（RAID0と同じ特徴ですね。）
- 古いRAIDレベル
RAID2は比較的古いRAIDレベルであり、現代のストレージ技術ではあまり使用されません。より効率的なRAIDレベル（例：RAID5やRAID6）が一般的に使用されています。
今回は後ほど、RAID5についても説明しますので、そっちをしっかりと覚えておくようにしましょう。
- 導入コストの高さ
ビット単位のストライピングのため、RAID2の実装には高度なハードウェアやソフトウェアが必要です。そのため、導入コストが高くなる可能性があります。
これらがRAID2の特徴です。
要は、データの復元ができるRAID0というようなイメージです。
RAID3
内容はRAID2とほとんど同じだと考えて大丈夫だと思います。（試験に合格するだけなら・・・）
異なる点は、パリティと呼ばれる誤り訂正符号を保存しておく点です。故障の際にこのパリティを用いてデータの復元をします。
- データの高い冗長性
RAID3ではパリティ情報を使用してデータの復元が可能です。1つのデータディスクが故障しても、パリティディスクから情報を読み取りデータを再構築できます。
RAID2と似ていますが、RAID2はハミングを、RAID3はパリティを利用することが、異なるポイントですね。
- 高速なデータ処理
こちらもストライピングです。
（RAID0、RAID2と同じ特徴ですね。耳タコですが・・・）
- パリティディスクのボトルネック
RAID3ではパリティディスクにパリティ情報を保存するため、パリティディスクがシステム全体のパフォーマンスのボトルネックになる可能性があります。
- ランダムなアクセスの低速化
RAID3はストライプ単位でデータを分散させるため、ランダムなアクセスパターンではデータの読み取りに時間がかかる場合があります。
これらがRAID3の特徴です。
RAID4
内容はRAID3とほとんど同じだと考えて大丈夫だと思います。（試験に合格するだけなら・・・）
異なる点は、RAID3がビット単位でデータを保存するのに対し、RAID4はブロック単位でデータを保存する点です。
- データの高い冗長性
RAID2、RAID3と同様にデータの復元が可能です。
- 高速なデータ処理
またまたストライピングです。
（RAID0、RAID2、RAID3と同じ特徴ですね。聞き飽きた・・・）
- 単一障害点の回避
RAID4では、パリティ情報を別のディスクに格納するため、RAIDアレイ内の1つのディスクの障害が発生しても、他のディスクは問題なく動作します。これにより、単一障害点のリスクを回避し、データ復旧性を高めることができます。
- パリティディスクのボトルネック
RAID3と同様なイメージでOKです。
その他のデメリットも、ほとんどRAID3と同様ですので、RAID3 = RAID4的なイメージをざっくりと持っておきましょう。
（厳密には違いますけどね、本記事が「基本情報対策」に重きを置いているので、許してください・・・）
これらがRAID4の特徴です。
RAID5
内容はRAID4とほとんど同じだと考えて大丈夫だと思います。（試験に合格するだけなら・・・）
異なる点は、パリティを分散させて保存しておく点です。ブロック単位で分けられる、って点はRAID4と一緒なんですけどね。
RAID2 ~ RAID4は誤り訂正符号を保存するHDDを固定させていますが、RAID5はパリティの保存先を固定せずにデータと同様の保存場所などに分散させておきます。
これにより、HDDが故障した際に誤り訂正符号が保存されているHDDへのアクセスを集中させることなく、データの復元が可能になります。
メリット・デメリットもまとめていきますが、ほとんどRAID2 ~ RAID4と同じようなイメージです。ただ、RAID5は重要なのでしっかりまとめますね。
- データの高い冗長性
RAID5は複数のハードディスクを使用し、データを分散して保存します。データとパリティデータを複数のドライブに分散させるため、一つのドライブに障害が発生しても他のドライブからデータを復元することができます。これにより、データの冗長性と信頼性が向上します。
- 高速なデータ処理
RAID5はデータを複数のドライブに分散して保存するため、読み取り操作では並列処理が可能です。また、データの読み書きがバランスよく行われるため、パフォーマンスが向上します。特に読み取り操作においては、複数のドライブから同時にデータを読み取ることができるため、高速なデータアクセスが可能です。
- 容量効率とコスト効率
RAID5では、パリティデータを使用してデータの冗長性を実現しますが、データとパリティデータの合計容量は1つのドライブ分だけです。したがって、RAID5では高い容量効率を実現することができます。
また、容量効率が良いということは、コスト効率が高いとも言えます。他のRAIDレベルに比べてディスク数が少なくて済むため、システム全体のコストを削減できるわけですね。
- 処理速度が遅くなる可能性もある
場合によっては、他のRAIDと比較して、処理速度が低下することもあるようです。
RAID5ではデータ書き込み時にパリティ情報を計算・生成するため、CPUの処理時間が必要であり、他のRAIDレベルに比べて書き込み性能が低下する可能性があります。
また、データ読み取り時にはパリティ情報の検証が必要となるため、こちらも他のRAIDレベルに比べて低下する可能性があります。
ただ、パリティというポイントで考えてみれば、RAID3とかRAID4とかも同じなんですかね。
それを踏まえれば、別にRAID5使っておけばOKな気が・・・
これらがRAID5の特徴です。
データの冗長性と信頼性、パフォーマンス、容量効率、コスト効率といった面で優れた特徴を持っており、とてもバランスの取れたRAIDレベルというわけです。
以上がRAID0 ~ RAID5の特徴になります。
本記事ではRAID5までしかまとめていませんが、実際はRAID6など他にもあるようです。
気になる方は調べてみてください。いろいろな技術があって面白かったです。
これだけは覚えておこう！
さて今回は、「RAID」とは何かについてまとめました。
正直、基本情報技術者試験の過去問を解いて・・・
とりあえずRAID0、RAID1、RAID5だけ覚えておけば何とかなりそう！
と感じました。
特徴的なキーワードをまとめていますので、是非参考にして下さい。
- 「ストライピング」のワードだけ出てきたらRAID0
- 「ミラーリング」のワードが出てきたら確実にRAID1
- 「ストライピング」の他に、「パリティを分散して保存」などが問題文で書かれていればRAID5
ただし注意していただきたいのは、あくまでも試験に合格するためだけのPointという点です。
しっかりと知識を付け、目指せ試験合格！です・・・
基本情報以外の勉強記事も是非！
オススメ参考書 & Udemy講座
オススメ参考書
私が勉強する際に使用していたオススメ参考書は以下です。
上記シリーズの最新版は以下です。（内容はそこまで変わらないはずですが・・・）
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