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Windows 10の記憶域スペースで使うHDDの数を考えてみる

記憶域の管理
Windows 10で使う記憶域スペースの使い方を調べているのですが、元がWindows Server用の機能なのでHDDやSSDを湯水のように扱う話ばかりが出てきます。
うちのPCではそんなにつなげないよ!
という事で、個人で使う現実路線の記憶域スペースを考えてみます。

Windows 10のアップデートで記憶域スペースが使いやすくなりました。
家のサーバ用HDDの寿命が気になる頃なので、この記憶域スペースが使い物になるかどうか試しています。

記憶域スペースを使いたくともHDDをつなげるポートが足りない? となる方も多いので検討してみました。

記憶域スペースとは

複数のHDDやSSDなどの物理ディスクをひとまとめに管理して仮想的なドライブを作る仕組みです。容量の異なるHDDをまとめて大きな容量のドライブを作ったり、2つのHDDへデータのコピーを自動的につくり、HDDが壊れてもファイルが壊れないようにできます。

HDDやSSDの容量は記憶域プールという機能でひとまとめに管理します。
記憶域は仮想的な記憶ボリュームを作ります。ボリュームにパーティションを作りドライブ名を割り当てれば普通のドライブのように扱えます。書き込んだファイルは記憶域プールに送られ保存されます。
記憶域で作るドライブの容量は仮想的なものなので記憶域プールの容量以上のものが作れます。記憶域プールの容量が実際に使われるのはファイルを書き込んだ分だけですので、記憶域は複数作れます。記憶域プールの容量が足りなくなった時は、後でHDDやSSDを記憶域プールに追加できます。
記憶域はWindowsが提供している機能なので、そのWindows自体が記憶されているシステムドライブには使えません。ブートドライブには成り得ません。仮想マシンには使えます。

記憶域ではストレージが壊れた場合でもファイルが壊れないように回復性を指定できます。Windows 10で使える回復性の種類には、シンプル(回復性なし)、双方向ミラー、3方向ミラーとパリティがあります。
  • シンプル
    • ファイルは記憶域の物理ディスクへ分散して記憶される
    • ストライプ、RAID0相当
    • 物理ディスクが一つでも故障するとファイルも壊れる(回復性なし)
    • 複数台使えば読出しは高速
  • 双方向ミラー
    • ファイルは2台の物理ディスクへ同じ内容が記憶される
    • RAID1相当
    • 物理ディスクが1台故障してもファイルは保たれる
  • 3方向ミラー
    • ファイルは3台の物理ディスクへ同じ内容が記憶される
    • 物理ディスクが2台故障してもファイルは保たれる
  • パリティ
    • ファイルはパリティと共に3台の物理ディスクへ分散して記憶される
    • RAID5相当
    • 物理ディスクが1台故障してもファイルは保たれる
    • 書込み低速
Windows 10のGUIでは2重パリティは無いです。
より詳しくはこちらが参考になるでしょう。容量の制約も書いてあります。Windows 10でもほぼ同じと思われます。
Storage Spaces Frequently Asked Questions (FAQ)
What are the recommended configuration limits?
  • Up to 480 TB of capacity in a single storage pool
  • Up to 64 storage spaces in a single storage pool
  • Up to 10 TB per virtual disk when using persistent VSS snapshots and the Volsnap VSS system provider
シンプルは1台のHDDあるいはSSDで使う事ができます。例えば手元に3TBのHDDが1台しか無くとも記憶域スペースで使えば10TBのドライブに見せかける事ができます。実際に容量が足りなくなった時に8TBのHDDを追加すると実際に10TBまで使える事になります。シンプルを2台以上の物理ディスクで使えば高速なストレージができます。ビデオ編集の一時作業場所などに利用すると便利です。

双方向ミラーでは少なくとも2台の物理ディスクが必要です。3台の物理ディスクがある場合は2台ずつ順繰りに使われます。それぞれの物理ディスクの利用率が均等になるように書き込まれるようです。
2台から始められるのが良いですね。

個人で3方向ミラーを使う事はほとんどないでしょう。

パリティはHDDの故障に備えつつ容量をできるだけ確保したい場合に使う事になります。ただし、最も書込み速度が遅いという欠点があります。
物理ディスクは3台必要です。4台以上のHDDをつないでも3台づつ使われます。

Windowsの記憶域の管理画面では見えませんが、記憶域には列数(the Number of Columns)というパラメータがあります。記憶域を最初に作るときに決まりその後変更できませんので注意しましょう。PowerShellのコマンドレットを使うと指定できます。

列数は同時に読み書きするディスクの数みたいなものです。列数分の物理ディスクへファイルは分割され保存されます。読み書き速度をあげる事ができますが、物理ディスクの故障には弱くなります。

記憶域スペースの物理ディスクは何台が実用的なのか?

個人のPCで記憶域スペースを使うには何台の物理ディスクが必要でしょうか?
記憶域スペースのメリットを享受するには多くの物理ディスクが必要になります。しかし、PCにつなげるHDDやSSDの数には限りがあります。
どんな構成が考えられるでしょうか。

PCと物理ディスクの数

ノートパソコンはOSのドライブしかないものがほとんどでしょうから記憶域スペースを作る事ができません。USB接続の物理ディスクを使う事もできますがメリットがありません。
以後、デスクトップPCを前提に説明します。

多くのマザーボードでSATAポートは6個搭載されているでしょう。多い物でも8個くらいです。Windows OS自体を動かすシステムドライブが一つ必須なので記憶域スペースに使えるのは5~7ポートです。

最近のマザーボードならばM.2スロットが2つくらいあるでしょう。OS用システムドライブにM.2スロットを使えばSATAポートはすべて記憶域スペース用の物理ディスクに使えます。M.2とSATAポートが排他利用になっているマザーも多いのでご自分のマザーボードの仕様を確認する必要があります。

記憶域スペースの構成を考えているとDVD/BDドライブをSATAポートで使うのがもったいなくなります。USB接続へ変換してしまう事をお薦めします。


eSATAポートがあるマザーボードならば外付けで物理ディスクを増設できます。2ポート搭載しているマザーボードが多いでしょう。物理ディスクを外付けで2台増やせます。
ポートマルチプライヤを利用するとより多くの物理ディスクをつなげそうに思いますが、パフォーマンスがよくありませんのでお薦めしません。

USB3.0接続も記憶域スペースの物理ディスクに使えます。eSATAのポートマルチプライヤと同じようにハブを通して2台以上の物理ディスクを接続するとパフォーマンスが落ちます。異なるルートハブのUSB3.0端子を使うようにします。
ハブを共有してもeSATAよりパフォーマンスは良いようです。

ほとんどの方は
SATA接続  5台
USB3.0接続 2台
が実用的な物理ディスクの最大数になります。

記憶域の構成

次は記憶域の構成を考えてみます。
故障に備えた空きポートも必要です。物理ディスクが壊れた場合には開いているポートへ新しい物理ディスクを接続し、修復を行った後に壊れたディスクを取り外します。

シンプルの場合

これだけを目的に記憶域スペースを使う理由は無いでしょう。
以下の項での構成をした後にシンプル記憶域も同時に設ける事ができます。

双方向ミラーの場合

あまり大きな容量を必要としておらず、数テラバイトもあれば十分な方は双方向ミラーがお勧めです。
ファイルのコピーをとっておいてくれるので最も単純で物理ディスクの台数が少なく済みます。容量は物理ディスクの合計容量の半分になります。

2台の物理ディスクから始められます。ほとんどのPCで物理ディスクのポート数が足りなくなる事は無いでしょう。列数は1となります。読み書き速度は物理ディスク単体より若干悪くなります。
使うポート数に余裕があるので、後で物理ディスクを追加して記憶域プールの容量を上げる事もできます。容量追加は物理ディスク1台づつになります。

4台の物理ディスクを使うと列数2で記憶域を作れます。読み書き速度は物理ディスク単体より良くなります。
容量追加は物理ディスク2台づつ増やす必要があります。空きポートが無くなるので容量追加はできないと思った方が良いでしょう。

物理ディスクの数を列数に設定したシンプル記憶域を同時に作れば高速なテンポラリドライブが得られます。

パリティの場合

安価に大容量が必要な方はパリティを選択します。

物理ディスク3台から構成できます。使える容量は物理ディスク合計の2/3となります。
物理ディスク4台で列数を4とすれば3/4の容量が使えます。

ですが書込み速度はとても遅いです。
ベンチマークの例はこちら
RAID1とRAID5のどちらか迷ったらWindows 10の記憶域スペースを使うのもあり
ジャーナルディスクを使うと少し改善されました。
Windows 10の記憶域プールのジャーナルディスクが一つ使えなくなるとどうなるか
それでも40MB/sほどです。

パリティで実用的な速度を出すにはSSDを2台含む構成にします。
すると、HDD3台+SSD2台の5ポートが最小の構成になります。
SATAが6ポートしかないマザーボードならばこれが最小かつ最大の構成になります。私はこの構成を使っています。
これは⁉・・・このケースを使いたくなりますが・・・

一つのポートにすべてのディスクがぶら下がるのでまったく速度が出ないでしょう。移動には便利そうですけど。
このケースの2.5インチ部と3.5インチ部が独立していたならばそこそこ使えたかもしれません。ポートマルチプライやを使ったとしてもHDDへのアクセスは比較的低速なので、SSDとポート分かれていれば何とか使えそうなのですが。

物理ディスクの故障時にはUSB接続の新設HDDで復元を行い、その後故障したHDDのポートへ移設という感じでしょうか。
実質、HDDを追加して容量の拡張はできませ。空きポートが足りないでしょう。

物理ディスクの数を列数に設定したシンプル記憶域を同時に作れば高速なテンポラリドライブが得られます。

あとがき

Windows 10を使っているならばOS用ドライブ以外のディスクはすべて記憶域プールに使うと便利です。
普段はHDDの故障に備え、同時に高速なテンポラリドライブとして使う事もできます。
双方向ミラーが手軽ですね。
大容量が必要ならパリティですが、実用にはSSDが2台必要なので少し敷居が高いです。

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