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DDP技術情報

DDP

プロフェッショナルとしての冗長性 〜RAID解説〜

◎RAIDとは<技術情報>
HDD RAIDという言葉は最近よく耳にすると思います。これは、2つの側面を持ち、データの冗長化(安全性の向上)と高速化(パフォーマンスアップ)の2面を持っています。
RAID 0<ストライピング・高速化>
raid0
単純に2台以上のHDDに同時にデータの書き込みを行うことにより高速化を計ります。メリットは台数に応じてリニアに高速化が計れる点、4台あればほぼ4倍のスピードを出すことができます。デメリットはRAID内のHDDが1台でも壊れるとデータの復旧が出来なくなります。故障の確立は4台あれば4倍に膨らみます。
RAID 1<ミラーリング・冗長化>
raid1
こちらも単純に2台以上のドライブに全く同じデータを書き込みます。それにより、故障時のバックアップ体制を確立したシステムです。メリットは4台のRAID 1システムは3台のHDDがクラッシュしてもデータは無事であるという高い故障耐性です。ただこのシステムは、高速化の技術は一切ありません。単独のHDDを使用している時と何ら変わらないスペックでしかありません。また、ドライブの台数に関わらず容量は1台分となります。
RAID 5<高速化+冗長化>
raid5
ここからが、今回の本命です。RAID 5は3台以上のHDDを使用して高速化と冗長化の両立を計るシステムです。3台のドライブに交互にパリティーデータ(冗長情報)を書き込みます。このパリティーデータがRAID 5システムの鍵となります。パリティーデータ以外のドライブに書き込まれたデータの差分情報(厳密には排他的論理和を利用したデータを生成して可逆変換により元々のデータを導きます)を分散して記録することにより、1台のHDDが壊れたとしてもデータの復旧が可能となります。高速性に関しては、3台構成のRAID 5であればおおよそ2台構成のRAID 0相当のスピードとなります。RAID 0のRAIDに1台のパリティーデータ用HDDを追加したイメージです。
RAID 6<高速化+更なる冗長化>
raid6
RAID 5のパリティードライブを2台にした物がRAID 6となります。最低4台以上のHDD構成からとなります。RAID 6の場合には、2台のドライブがクラッシュしてもデータの復旧が可能となります。8台構成等の多数のドライブを使用したRAID時に有利なシステムです。
◎DDPのRAIDは?
raid5+0

DDPのRAIDは4台1セットのRAID5構成を基本とし各RAID setをストライピングしています。これにより高速化と冗長性の両立をはかっています。このシステムの特徴はRAID setが増えれば増えるほどリニアに高速化する点でしょう。この高速なRAID setを独自のAVFSファイルフォーマットにより、その高速性を保ったままで送り出します。ワークスペースとして使用出来るディスク容量は1/4がパリティードライブとなる為、総容量の3/4となります。8TBのモデルでは6TBがワークスペースとなります。DSC_0001
これ以外にも、容量を重視した8台1セットのRAID構成をとる事も可能です。Video Editの現場では、ランダムアクセスの高速性よりも容量を重視されますので、オーディオを扱わないのであればこちらの構成がお勧めです。この場合は1/8がパリティードライブとなりますので8TBのモデルでは7TBがワークスペースとなります。
このRAID構成のセレクトは、出荷時に設定されます。ユーザーでの設定変更は出来ません。
◎DDPにより実現。データの安全性
DDPでHDDがクラッシュした場合は、壊れたHDDを新しい物と交換するだけで即座にデータの復旧が始まります。壊れていない残りのRAID setのHDDよりデータの復元を行います。スペアドライブさえあれば電源を落とす事無くホットスワップで復旧が完了します。
もちろん、データの復旧中はアクセス速度の低下を招きますが、4台でのRAID構成を持つDDPではドライブ数の多いモデルほど復旧による速度低下の影響を受けません。例えば、24driveのモデルであれば6setのRAIDの内1つが低速にはなりますが、残りの5つのRAIDは今まで通りの速度で動作します。
このように、シングルドライブでは考えられない、データの安全性と作業効率が手に入ります。


DDPのパフォーマンスの秘密 〜AVFSの秘密にせまる〜

◎AVFS<技術情報>
AVFSこれらの、実現不可能と思われていた全てを可能にしてしまったDDPの秘密はAVFSというファイルフォーマットにあります。世界に数人の天才的な技術書でなければ作り上げることができないと言われているファイルフォーマット、これが何をさしているかというとFAT32,NTFS,HFS+といったになさんが普段使用しているファイルフォーマットと同じ物を作ってしまったということです。これにより、データでのアクセス方法、データの管理方法全てを最適にチューンナップ。これにより、データ転送時のプロトコルオーバーヘッドを無くしNASと同様の接続でありながらFiber Channelを使用したSANに匹敵するパフォーマンスを生み出しています。そして、価格はNASのままにです。更には、DAWに必要とされるショートパケットに対するランダムアクセス耐性の向上も顕著で、DAWがRAIDを使用した共有ストレージ上で作業を行うことが可能になったのです。実際に96track Punch-in、Quick Punch等の作業も問題なく、テトリスのように複雑に重なりあったセッションも難なく再生。素晴らしいパフォーマンスを発揮します。
◎iSCSIとは<技術情報>
DDPで使用されているiSCSIとは、どのようなものなのでしょうか?
Internet Small Computer System Interface (iSCSI) は、Pro ToolsユーザーにはおなじみのSCSIプロトコルをTCP/IPネットワーク上で使用する規格で、インフラの整備が低コストで非常に簡易にストレージシステムの構築が可能となります。
ギガビット・イーサネットが一般化した現在、企業内で iSCSI を受け入れる環境は急速に整いました。iSCSIベースのストレージエリアネットワーク (SAN) の構築は、ファイバーチャネルによる SAN よりもケーブル/スイッチコスト、別途イニシエーター用のサーバーが不要であるといったことから、圧倒的に安価に構築が可能です。当初は、クライアントとストレージ間の通信にTCP/IPを使うことでプロトコルのオーバヘッドが生じ、ファイバーチャネルより性能が悪くなると言った声もありましたが、TCPオフロードエンジン (TOE) のような新技術や、今回ご紹介しているAVFSの様な技術によりオーバーヘッド、ランダムアクセス速度等の問題をクリアしています。更に将来的には10ギガビットのネットワークが安価になればその利用も可能で、理論値のスピードでもファイバーチャネルを超えることになります。システムメンテナンスのコスト、ネットワークの拡張にかかるコスト等様々なメリットをストレージエリアネットワーク (SAN)にもたらしています。
iSCSIprefiSCSIは他のトランスポート層と異なり、二つの下位トランスポート層を持ちます。一つはiSCSIプロトコルであり、このプロトコルはSCSIパ ケットのエンキャプシュレーション、ターゲットカタログ情報の交換、認証を行う。さらに下位のレイヤーはTCPプロトコルであり、セッションの保持、確実 なパケット到達性とより下位のプロトコルIPによってルーティングが可能になっている。従来のハードワイヤードのSCSIトランスポート層に比べ、セキュリティ、可用性、スケーラビリティに極めて優れています。
記憶装置の観点では、ホストシステムのiSCSIイニシエータを使ってIPネットワーク上の遠隔にあるディスクやテープの ような対象装置 (target) に接続して記録の読み書きを行うことになります。クラスドライバとアプリケーション・ソフトウェアから見れば記憶装置はローカルにSCSIで接続されているのと同じに見えます。乱暴な言い方をすればネットワーク越しにSCSIドライブをマウントしている感覚になります。ただ、iSCSIでは、複数のユーザーが同じパーテョンに対して相乗り出来るので共有ストレージとしての使用も可能となっているのです。
◎ストレージの形態<技術情報>
ストレージというと、HDD、CD-ROM等の区別があると思いますが、ここでは、接続方法による分類をご紹介します。
traditional-SAN-low
DAS <Direct Attached Strage>
通常みなさんが使用されている状態がこちらだと思います。ダイレクトにSATA,FW,USB等で接続された状態がDASになります。ローカルドライブ等ともよばれます。共有は出来ず、接続された1台のPCからのみアクセスが可能な状態です。
NAS <Network Attached Strage>
最近共有ドライブ、NASドライブとして販売されている物のほぼ全てがこの形式です。TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)と呼ばれるEthernetを使用した、LAN、Web(World Wide Web)の標準プロトコルを使用した物となります。AFP,NFS,samba,SMB等と呼ばれるプロトコルを使用し、LANの中に存在する補助ストレージとしての機能を持つPCです。コントローラーとHDD(記録媒体)が一体化したLAN上の誰もがアクセス可能な記憶領域です。メリットとしては、低コスト、メンテナンスが容易、インフラのコストパフォーマンスが上げられますが、デメリットとして大きなプロトコルオーバーヘッドによる転送速度の問題を抱えています。特にランダムアクセスに対する耐性は低くDAW用には向かないシステムです。
SAN <Strage Area Network>
大規模なデータアレイで用いられるこの方式は、Fiber Channelを使用した高速性が最大の特徴です。TCP/IPのLANと独立した形でデータ転送専用のFiber Channel Networkを構成し、ターゲットコマンドとデータ転送を独立させることによりプロトコルオーバーヘッドを減らします。メリットは、RAIDあれのスピードを活かした圧倒的なシーケンシャルスピードとFiber Channelの帯域をフルに使用した高速転送(最大4GB/sec)です。デメリットはコントローラーとして、サーバー専用機を用意する必要が在ることと、Ethernetで通常使用されるCAT5/6等のCable/Switchと比較して高価なFiber Channelのインフラです。

Networkの仕組み

PortConfig◎IP設定
DDPは複数のEthernet portを持ちますが、クライアントは、特定のポートに対してアクセスを行います。これは、iSCSIのターゲットIPアドレスの設定により行うことができます。複数のケーブルでクライアントとDDPをつないだ場合には2つのDDPのポートをターゲットとして設定して、デュアルの設定を行うだけです。このように、シンプルにクライアントとDDPの接続設定が行えるため、システム設計も容易です。必要なAudio/Videoのストリームさえ解ればすぐにでも必要なDDPのモデルと接続図が完成することとなります。
◎ボリュームグループ or 帯域制限
DDPは出荷時にRAID aray単位でのボリュームグループの設定が可能。これにより、1台のDDPでの映像と音声の共用時に発生する映像のストリームの負荷により音声データの読み込みが間に合わなくなるといった自体を防ぐことが可能となります。しかし、DDPのメリットである高速性は確保することができません。そこでインテリジェントスイッチによりクライアントごとに帯域制限をもうけてセーフティーネットをかける方法がメーカー推奨となっています。これにより、スイッチの時点でDDPのオーバーフローを防ぐことが可能となります。
gs900mv2シンプルかつ十分なシステムが魅力のDDPですが、ここでも十分な機能を現在使用されている技術上で低コストに実現出来るように考えられています。将来性を考え10GB Ethernet Optionの用意のあるインテリジェントスイッチも現在では低コストで導入可能です。Fiber ChannelのSwitchの様に100万円近いスイッチの準備は必要ありません。


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*記事中に掲載されている情報は2010年04月16日時点のものです。