プチフリ対策・SSD・高速化・RAIDにおける考察

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    RAID プチフリ 解消 対策 効果
     今回も安楽椅子探偵小説である。
     都市伝説的にRAIDを組むとプチフリが起きないと言われている。。。これについて考察してみたい。
     RAIDとは、仮想ディスクの一種だ。多くの仮想ディスクが、RAMメモリをディスク化するのに対して、RAIDは複数のディスクを連結して、一つのディスクに見せるものだ。

     RAIDにはレベル0(ゼロ)〜レベル5まで複数存在している。ちなみにSSDで良く行うのはレベル0いわゆるRAID0という方式だ。ストライプ、ストライピングと言う場合もある。

    RAID0 ストライプ による 構成
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     RAID0(ゼロ)による構成。
     例えば32GBのSSDを3個直列にして96GBのディスクを作る時に使用する。

     かつて、、、RAID0は、、、ほとんど使われなかった。。。意味がないという事だ。。。RAIDはディスクの故障を保障する技術という側面から脚光を浴びたからだ。

     もともと、、、良くある構成はRAID レベル1、RAID1とも省略する。ミラー、あるいはミラーリングというものだった。

     高い信頼性を得たい時にはRAID1が好まれた。

    RAID レベル1 ミラーリング の構成
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     このような構成だ。
     2個1構成で、容量は増えない。実際のディスクは常に2つあり同じ内容を持つ。もし、一つが壊れても、もう一つが生きているので信頼性が高い。

     フォールトトレランス性が高い。。。フォールトトレランスは耐障害性とでも訳すのだろうか。。。過去、RAIDと言ったらこのミラーリングか、次のレベル5を主に指した。

    RAID レベル5
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     さすがに2個1ではもったいないと考えたのか、、、半分ストライプ、半分ミラーという構成だ。ディスクに障害が起きた時、その箇所を3つ目で補うという考えかただ。

     この3つがRAIDの主要な方式だ。かつてはRAID1と5が主要であったが、SSDの出現から何やら奇妙な風向きになってきている。

         ***
           ***

    SSD プチフリを制限する ブロックサイズ(チャンク)
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     RAID0(ゼロ)を組むとプチフリが起きないという都市伝説としか言いようのない風聞がある。SSDのプチフリ現象をネット検索するとこのような話が至る所に転がっている。

     その反面、RAIDを組んでもプチフリが発生するという話もまた転がっている。。。ゆえに都市伝説と述べる由縁だ。

     さて、上の図を見て欲しい。RAID0は、複数のディスクを単純に直列にしている訳ではない。厳密にはブロックサイズ(チャンクとも言う)単位で交互に異なるディスクに分散割り当てを行い、同じディスクに負荷が集中しないようにしている。

     ブロックサイズ(チャンク)は今検索したが、、、8Kバイト〜1Mバイトまで装置によりまちまちだが設定が出来るようである。。。

    ■4K・8K〜128Kバイトが多いとようだ。
    ■ソフトウェアRAIDはデフォルトで64Kバイトが多いようだ。
    ■RAID装置によっては1024Kつまり1Mバイトの物がある。

     これが計らずもプチフリ対策現象を生み出した理由だろう。

     SSD内部の構成を示す。
     SSDは、内部をブロックと呼ぶ単位で書き込みを行っている。このブロックは、SSD型とMLC型で異なるようである。。。そして、先日、SSDメーカの方とお話したところ、年々ブロックサイズは大きくなる傾向があると聞いた。容量が二倍になればブロックも二倍という現象が起きているとのことだった。

     現在あるMLC型はおおむね512Kバイトだろう。。。

     おそらく、感の良い方はピンと来たと思う。
    さらに情報を提示しよう。

    プチフリ対策効果のあるRAIDの構成・設定
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     傾注して欲しいのは次の3つの事柄だ。

    ■Windowsはおおむね4Kバイト単位でディスク情報を管理している。
    ■RAID装置は、中間に位置し、ブロックの設定を行う。
     当然このブロックサイズのディスクキャッシュ(メモリバッファ)を備えている。
    ■SSDはMLC型は512Kバイト単位で管理している。

     もう判っていただけたと思う。つまり、RAIDを組まない場合、次の不整合が発生する。

    ■MLC型SSDで発生している不整合・サイズ変換
      4Kバイト <==> 512Kバイト

     SSDの内部コントローラが概ね4Kバイト単位で流れてくるデータを512Kバイトのブロックにパッキングするためにおおわらわである事が良く判る。

     RAIDを組んだ場合、チャンク(SSDのブロックと紛らわしいのでチャンクと呼び分ける)の設定により、この不整合が変化する。

     おそらく、理想はこうだろう。

      512Kバイト <==> 512Kバイト

     多くの廉価なRAIDは、デフォルトが64Kバイトであろうと予想し、また最大設定が128Kバイトと思われる。

     WindowsにRAIDを組んだ場合、確実に不整合は減少する。Windowsは4Kバイト単位でデータを扱うのだが、、、厳密な最小単位は512バイトでもっと小さい。。。

     仮に4K単位でWindowsがディスク制御するとしよう、、、RAIDのチャンクが4Kバイトより大きければ確実にSSDのコントローラの負担は減る。
     そして、もし、チャンクに512Kバイト以上を指定できるRAID装置を使用した場合、SSDのコントローラの負担は大幅にへりプチフリは改善されるはずだ。

     SSDの書き込み性能がダイレクトに発揮され、ファイルの分断化(フラグメント)による速度劣化が最小に抑えこまれると思われる。

           ***
             ***

     おそらく、RAIDを組むとプチフリが改善するというのは、チャンクの指定を大きく取った利用者に発生した現象だと推理する。

     そして、RAIDを組んだのに効果がないというのもまた説明できる。廉価なRAIDを購入したため、大きなチャンクを指定できなかった場合、および、ロスを恐れ小さなチャンクを指定した場合だ。

         ***
           ***

     アマチュア無線用語でカップリングという。
    2つの装置の相性を合わせ、効率よく動作させる事を表す。

     さて、提灯を一つ持とう。ラボで開発したプチフリバスターはソフトウェアによりこのカップリングを行う物だ。

     ディスクキャッシュ(メモリバッファ)は1Mバイト〜最大512Mバイトまで確保できる。また、ディスクキャッシュ内部で最適化と呼んでいるがデータの再スケジュールを行いSSDへの負荷を最小にして書き込みを行うようにしている。

     このような解決方法もまた存在している。

     プチフリバスターはもともと、ネットブックユーザのために開発したもので、RAIDを組んでまで高速化したいという利用者のために開発したものではない。。。が、、、偶然であるがその効果は良く似たものとなっている。

    プチフリバスター
    ---> プチフリバスター製品紹介ページ

    Eee PC SDHC HDD 化
    「f2d」のトップページ --> http://f2d.dnki.co.jp/

    コメント
    あのーミラーリングはRAID1なんですが、
    恥ずかしいので早く修正されたほうがいいですよ
    • raid2
    • 2009/08/13 3:47 AM
     raid2さんこんにちわ。
    ありゃ、どこで勘違いしたんかなあ。。。
     直しときます。
    • KyonKyon
    • 2009/08/13 2:41 PM
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