基本情報技術者試験では頻出の重要なトピックであるRAIDについて、基本的な概念から覚え方のコツまでをまとめました。
1. RAIDとは
RAID (Redundant Array of Independent Disks) は、複数のハードディスクドライブ(HDD)やSSDを組み合わせて、1つの記憶装置として運用する技術です。主な目的は以下の2つです：
- データの信頼性（冗長性）向上
- 読み書き性能の向上
2. 主なRAIDレベル
RAID 0（ストライピング）
- 複数のディスクに対して、データを分散して書き込む方式
- 特徴：読み書きの速度が向上するが、冗長性はない（1台でも故障するとデータが失われる）
- ディスク利用効率：100%（ディスク容量の合計がそのまま使用可能）
RAID 1（ミラーリング）
- 同じデータを複数のディスクに同時に書き込む方式
- 特徴：1台が故障しても残りのディスクからデータを復元できる、読み込み速度の向上
- ディスク利用効率：50%（2台使用した場合、容量は1台分）
RAID 5
- データとパリティ（誤り訂正情報）を全てのディスクに分散して配置する方式
- 特徴：1台のディスク故障まで対応可能、比較的高い読み書き性能
- ディスク利用効率：(n-1)/n（例：3台構成なら容量は2台分＝約67%）
RAID 6
- データとパリティを2重に保持する方式
- 特徴：2台同時のディスク故障まで対応可能、RAID 5よりも冗長性が高い
- ディスク利用効率：(n-2)/n（例：4台構成なら容量は2台分＝50%）
RAID 10（または RAID 1+0）
- RAID 1（ミラーリング）とRAID 0（ストライピング）を組み合わせた方式
- 特徴：高い冗長性と高い性能を両立している
- ディスク利用効率：50%（半分がミラーリングに使われる）
3. RAIDの覚え方のコツ
数字でイメージする
- RAID 0: 「0」は「ゼロ」で「冗長性ゼロ」と覚える（壊れると「0」になる＝全部消える）
- RAID 1: 「1」は「イチ」で「イチから十まで同じ」と覚える（完全コピーだから）
- RAID 5: 「5」は「互い違い」の形に似ているので「データとパリティが互い違いに分散している」
- RAID 6: 「6」は「5+1」でRAID 5の上位版、パリティが1つ増えたバージョン
特徴で覚える
- RAID 0: 「速さ重視、安全性ゼロ」
- RAID 1: 「鏡（ミラー）のように同じものを2つ作る」
- RAID 5: 「バランス型（速度も安全性も中程度）」
- RAID 6: 「超安全型（2台故障しても大丈夫）」
- RAID 10: 「速さと安全性の両取り」（でもコストも両取り＝高い）
利用効率の覚え方
- RAID 0: 100%（全てが使える）
- RAID 1: 50%（半分は予備）
- RAID 5: (n-1)/n（1台分がパリティ用）
- RAID 6: (n-2)/n（2台分がパリティ用）
- RAID 10: 50%（半分は予備）
4. パリティの基本概念
パリティとは、データの整合性を検証したり、失われたデータを復元したりするために使用される「誤り検出・訂正」のための情報です。
簡単な例で理解する
例えば、3つの数字（データ）があるとします：
- 5, 7, 3
ここで「排他的論理和（XOR）」を使用してパリティを計算します。XORは「ビットごとに比較して、同じ値なら0、違う値なら1」になる計算です。
5 = 101（2進数）
7 = 111（2進数）
3 = 011（2進数）
ビットごとにXOR計算すると：
1 0 1 (5)
1 1 1 (7)
0 1 1 (3)
--------- XOR
0 0 1 = 1（パリティ）
XOR演算の詳しい計算過程
上記の計算をビット単位で詳しく見ていきましょう：
1桁目（一番右のビット）:
- 5の1桁目: 1
- 7の1桁目: 1
- 3の1桁目: 1
- XOR計算: 1⊕1 = 0（同じ値だから）、さらにその0⊕1 = 1
2桁目（真ん中のビット）:
- 5の2桁目: 0
- 7の2桁目: 1
- 3の2桁目: 1
- XOR計算: 0⊕1 = 1、さらにその1⊕1 = 0 (同じ値)
3桁目（一番左のビット）:
- 5の3桁目: 1
- 7の3桁目: 1
- 3の3桁目: 0
- XOR計算: 1⊕1 = 0、さらに0⊕0 = 0
- または「1」が2個（偶数個）あるので結果は「0」
これを合わせると「001」（2進数）= 1（10進数）となり、これがパリティ値です。
(> XOR演算は「各桁で1の個数が奇数個なら1、偶数個なら0」という法則でも考えることができます。)
この「1」がパリティ値です。もし元のデータの1つが失われてしまった場合、残りのデータとパリティを使って復元できます。
例えば、「7」が失われたとします：
5 = 101
? = ???（失われた7）
3 = 011
1 = 001（パリティ）
XOR計算の特性を使うと、残りの値とパリティ値からXORを計算すれば、失われた値が復元できます：
101 (5) XOR 011 (3) XOR 001 (1) = 111 = 7
RAIDでのパリティの使われ方
RAID 5の場合
- 3台以上のディスクを使用
- データとパリティ情報が全ディスクに分散配置される
- 1台のディスクが故障しても、残りのディスクとパリティ情報から失われたデータを再現できる
例えば4台のディスクがあるRAID 5システムでは：
ディスク1: データA, データD, データG, パリティJKL
ディスク2: データB, データE, パリティGHI, データJ
ディスク3: データC, パリティDEF, データH, データK
ディスク4: パリティABC, データF, データI, データL
ディスク2が故障したとしても、ディスク1、3、4とそれぞれのパリティ情報から、ディスク2のデータ（B、E、J）を復元できます。
RAID 6の場合
- 2種類のパリティ情報を持つため、2台同時に故障しても大丈夫
- より高度な計算方法を使用（リード・ソロモン符号など）
パリティのイメージとしては「バックアップ用の情報」と考えると分かりやすいかもしれません。ただし通常のバックアップと違い、元データの完全コピーではなく、「復元するための情報」が圧縮された形で保存されています。
5. RAIDの選定ポイント
選定に当たっては、以下の要素を考慮します：
- 信頼性の要件（どの程度のディスク故障に耐えるか）
- パフォーマンスの要件（読み書き速度）
- コスト（必要なディスク数や利用効率）
- 障害復旧時間（リビルド時間）
6. 基本情報技術者試験での出題ポイント
- 各RAIDレベルの特徴と違い
- 利用効率の計算方法
- 特定のRAIDレベルが適している用途
- 冗長性と性能のトレードオフ
試験では、特定の要件に対して最適なRAIDレベルを選択する問題や、利用効率を計算する問題がよく出題されます。
まとめ
RAIDについては完全に暗記するのではなく、基本的な仕組みと特徴を理解することで記憶しやすくなります。特に、各RAIDレベルの「特徴」と「利用効率」を重点的に覚えることが、試験対策として効果的です。