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Windows記憶域プールのパリティ(≒RAID5)の速度とCPU負荷

Windows8で記憶域プール機能が追加され、Windowsの標準機能で耐障害性やディスクアクセスの高速化が強化されています。耐障害性の「パリティ」機能を使用することで、RAIDカード(RAIDコントローラー)なしで、RAID5と類似した耐障害性を実現できるようになっています。
Windows10やWindows Server 2016などでも記憶域プール機能は利用可能です。

記憶域プール機能

記憶域プールを利用した「パリティ」と「RAID5」は類似機能であって同じ機能ではありません。Widowsの記憶域プールは使用するディスク容量が異なっていても利用できますし、後でディスクを追加することもでできます。このため汎用性も高く、非常に便利な機能となっています。
ただし、Windowsがディスク制御するため、ソフトウエアRAIDと同様にパソコン本体のCPUを利用します。このため、パソコンのCPU負荷が増して処理全体が遅くなったり、パソコンのCPU能力によってはディスクアクセスが遅くなる可能性があります。

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Windowsの記憶域プール機能によるパリティ

Windowsの記憶域プールによる「パリティ」を利用すると、RAID5と同様に実際のデータの他にディスク障害に備えたパリティ(誤り補正)が同時に書き込まれます。このため、RAID5と同様に1本のディスク障害まで対応が可能となります。

実際の使用できる容量(実効容量)は「RAID5」と同じで、ディスク1本分の容量利用できなくなります。(1本分はパリティ(誤り補正)の保存に利用される)

記憶域プールは、Windowsが読み込み制御(複数ディスクから同時読み込みし処理速度を上げる制御)やディスク書き込み時のパリティ計算を行うために、パソコン本体のCPUを使用します(=ソフトウエアRAID)。

「記憶域プールによるパリティ」と「ハードウエアRAID」によるRAID5の比較は以下の通りとなっています。

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アクセス速度の比較

読み込み速度は「記憶域プール機能によるパリティ」と「ハードウエアRAID」で同等レベルとなっていますが、「記憶域プール機能によるパリティ」はCPU負荷が大きくなっています。
書き込み速度は「ハードウエアRAID」の方が平均的に速くなっています。

記憶域プール機能によるパリティのアクセス速度
記憶域プール機能のアクセス速度
ハードウエアRAIDのアクセス速度
ハードウエアRAIDのアクセス速度
(参考)RAIDなしのアクセス速度
RAIDなしのアクセス速度
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CPU使用率の比較

ハードウエアRAIDは、RAID制御をRAIDカード(RAIDコントローラー)のCPUを使用しているため、パソコンのCPUは使用しません。このため、「記憶域プール機能によるパリティ」で増加したCPU分が制御で使用したCPUとなります。

CPU使用率の確認は、前記のアクセス速度を測定したときの値となります。アクセス速度を測定したソフト(CrystalDiskMark)で使用していたCPUも含まれています。

「記憶域プール機能によるパリティ」は、読み込み時に最大17%、書き込み時に最大4%のCPUを利用していました。

READ(読み込み)のCPU使用比較
READ時のCPU使用率比較
WRITE(書き込み)のCPU使用比較
WRITE時のCPU使用率比較
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確認した環境

確認した以下環境で、マザーボードのSATAにSSD3本を接続し「記憶域プール機能によるパリティ」を構築し、ハードウエアRAIDカードにSSD3本を接続し「RAID5」を構築しています。

CPU
Intel Core i3-8350K 4.00GHz
メモリ
DDR4 16GB
HDD
SSD 120GB × 3 (6Gbps)
OS
Windows 10 (64bit)
RAIDカード
ASR-71605 6Gbps
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記憶域プールによる「パリティ」のメリット/デメリット

メリット
  • 後からでもディスクの追加が可能となっており、ディスク容量不足時に簡単に増設できる
  • RAIDカード(RAIDコントローラ)を購入しなくても、ディスクの耐障害性を実現できる
  • ディスクの読み込み速度が速くなる
デメリット
  • パソコンのCPUスペックでディスクへのアクセス速度が変わる
  • ソフトなどでCPUを多く使用している場合、ディスクへのアクセスが遅くなる可能性がある
  • OS障害などが発生した場合、記憶域プールのデータにアクセスできなくなる可能性がある
  • Windows8、Windows10などOSに依存した機能のため、Windows7やMacなどでは使用できない

ハードウエアRAIDを使用する場合はパソコンのCPUを使用しないため、パソコンの状態によってディスクアクセス速度が変わることはありません。OSにも依存しません。ただし、RAIDカード(RAIDコントローラ)をつける必要があります。

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