データストライピング

コンピュータのデータ ストレージにおいて、データ ストライピングは、ファイルなどの論理的に連続したデータをセグメント化し、連続するセグメントが異なる物理ストレージ デバイスに保存されるようにする手法です。

ストライピングは、処理装置が単一のストレージ デバイスで提供できるよりも速くデータを要求する場合に役立ちます。同時にアクセスできる複数のデバイスにセグメントを分散することで、全体のデータ スループットが向上します。また、ディスク アレイ全体の I/O 負荷を分散するのにも役立ちます。ストライピングは、RAID ( Redundant Array of Independent Disks) ストレージのディスク ドライブ、ネットワーク インターフェイス コントローラ、ディスク アレイ、クラスター ファイル システムとグリッド指向ストレージの異なるコンピュータ、および一部のシステムのRAMで使用されます。

ストライピングの 1 つの方法は、データ シーケンスの先頭からラウンドロビン方式でストレージ デバイス上の連続セグメントをインターリーブすることです。これはストリーミング データには適していますが、その後のランダム アクセスでは、どのデバイスにデータが含まれているかを知る必要があります。各データ セグメントの物理アドレスが特定のデバイスに 1 対 1 でマッピングされるようにデータが保存されている場合、要求された各セグメントにアクセスするデバイスは、シーケンス全体におけるデータのオフセットを知らなくても、アドレスから計算できます。

連続したセグメントを連続したデバイスに保存しない他の方法も採用される可能性があります。このような非連続インターリーブは、一部のエラー訂正方式でメリットをもたらす可能性があります。

ストライピングの利点には、パフォーマンスとスループットがあります。データ アクセスを順次インターリーブすることで、各ストレージ デバイスの低いデータ アクセス スループットを、使用するストレージ デバイスの数だけ累積的に増加させることができます。スループットが増加すると、データ処理デバイスは中断することなく作業を継続できるため、手順をより迅速に完了できます。これは、データ処理のパフォーマンスの向上として現れます。

データの異なるセグメントは異なるストレージ デバイスに保存されるため、1 つのデバイスに障害が発生すると、データ シーケンス全体が破損します。実際には、ストレージ デバイスのアレイの障害率は、各ストレージ デバイスの障害率の合計に等しくなります。ストライピングのこの欠点は、エラー訂正のためにパリティなどの冗長情報を保存することで克服できます。このようなシステムでは、追加のストレージが必要になるという代償を払って欠点を克服します。

次のディスクで操作を続行する前にディスクに書き込まれる、またはディスクから読み取られる連続データのセグメントは、通常、チャンク、ストライド、またはストライプ ユニットと呼ばれ、単一のストライプ操作を形成する論理グループはストリップまたはストライプと呼ばれます。 1 つのチャンク (ストライプ ユニット) のデータ量は、バイトで表されることが多く、チャンク サイズ、ストライド サイズ、ストライプ サイズ、ストライプデプス、またはストライプ長など、さまざまな名前で呼ばれます。 アレイ内のデータ ディスクの数は、ストライプ幅と呼ばれることもありますが、ストライプ内のデータ量を指すこともあります。^{[1] [2] [3] [4]}

1 ストライドのデータ量にアレイ内のデータ ディスクの数を掛けたもの (つまり、ストライプの深さとストライプの幅を掛けたもので、幾何学的なアナロジーでは面積になります) は、ストライプ サイズまたはストライプ幅と呼ばれることもあります。^[5] ワイド ストライピングは、データ チャンクが複数のアレイ (システム内のすべてのドライブを含む) に分散されている場合に発生します。ナロー ストライピングは、データ チャンクが単一のアレイ内のドライブに分散されている場合に発生します。

データ ストライプ化は、 Sybaseなどの一部のデータベースや、 IBMの 9394 RAMAC Array サブシステムなどのソフトウェアまたはハードウェア制御の特定の RAID デバイスで使用されます。クラスタのファイル システムでもストライプ化が使用されます。Oracle Automatic Storage Management では、ASMファイルを粗いストライプ化または細かいストライプ化にすることができます。

レイド

RAID 0などの一部の RAID 構成では、RAID アレイの 1 つのメンバー ドライブに障害が発生すると、保存されているすべてのデータが失われます。分散パリティを含み冗長性を提供するRAID 5などの他の RAID 構成では、1 つのメンバー ドライブに障害が発生した場合、アレイ内の他のドライブを使用してデータを復元できます。

LVM2

データ ストライピングは、Linux の論理ボリューム管理(LVM)でも実現できます。LVM システムでは、ストライピング パターンの粗さを調整できます。LVM ツールを使用すると、ミラーリングと組み合わせてデータ ストライピングを実装できます。LVM は、低速回転ストレージ用のNVM Expressで読み取りおよび書き込みキャッシュという追加の利点を提供します。LVM には、データ ストライピングに直接関係しない他の利点もあります (スナップショット、動的サイズ変更など)。

Btrfs と ZFS

RAID のような機能を持ちますが、不良ブロックを検出するチャンク整合性のセキュリティと、任意の数の追加ドライブを追加できる柔軟性を備えています。また、データ ストライピングに直接関係しない他の利点 (コピー オン ライトなど) もあります。

• パーティションの配置
• リンクアグリゲーション