RAIDとReFSファイルシステムでWindowsのパフォーマンスを向上させる方法

Windows PCの性能をさらに引き出したいなら、注目すべきテクノロジーが2つあります。それが「RAID(Redundant Array of Independent Drives)」と、Microsoftの新世代ファイルシステム「ReFS(Resilient File System)」です。必要なのは、予備のドライブが2台以上あることだけ。

「ReFSは従来のNTFSと同等のパフォーマンスを発揮できるのか?」と気になっている方も多いはず。本記事では、Microsoftの新しいファイルシステムをRAID1、RAID0、シングルドライブ構成と比較して性能を検証し、あわせてRAID1-ReFSの効果的な活用シーンについても解説します。

RAIDの始め方

現在、RAIDボリュームの作成は「Windowsストレージスペース(Storage Spaces)」を使えば非常に簡単です。検索バーに「Storage Spaces」と入力してプログラムを起動しましょう。

Storage Spacesを起動したら、「設定の変更」ボタンを選択します。

次にストレージプールを作成します。「記憶域プールの作成」を選択し、アレイに追加する予備ドライブを2台選びましょう。なお、ボリュームへのドライブの追加や削除を行うとディスク上のすべてのデータが失われるため、操作には十分注意してください。

続いて、ストレージプール作成時の設定オプションが表示されます。特に注目すべきは次の2点です。(1)回復性の種類(Resiliency type)、(2)ファイルシステム。ドライブ2台の場合、回復性の種類は「双方向ミラー(Two-way mirror/RAID1相当)」か「シンプル(Simple/RAID0相当)」のいずれかに限定されます。パーティションタイプはNTFSとReFSから選べますが、「シンプル」を選んだ場合はNTFSのみが選択可能です。ReFSは2台以上のドライブ構成向けに設計されているためです。

RAIDボリュームを作成してドライブ文字を割り当てれば、以降は通常のハードディスクと同じように扱えます。ネットワーク経由でのドライブ共有、ファイルの移動、動画・画像編集ソフトのキャッシュ書き込み先としての設定なども自由自在です。特にキャッシュ用途では、Adobe PremiereやPhotoshopなど多くの商用アプリケーションのパフォーマンス向上が期待できます。なお、ソフトウェアRAIDには複数の種類があり、それぞれに長所と短所があります。

Windows OSには、主に3種類のコンシューマー向けRAIDがあります:RAID1、RAID0、そしてRAID5です(他にも多数のRAIDバリエーションが存在します)。さらに、RAIDのフォーマット方式として一般的なのはNTFSとReFSの2つ。ReFSはWindows 8.1で登場した比較的新しいファイルシステムですが、現在も進化を続けており、信頼性とパフォーマンスの両方を提供します。

WindowsのRAIDの種類

• RAID0:厳密には「RAID」と呼ぶのが不適切な構成です。2台のドライブを使用しますが、冗長性は一切ありません。各ドライブにデータの半分ずつが分散して格納されます。冗長性ではなく純粋なパフォーマンスを追求するモードで、残念ながらReFSでフォーマットできないため、実質NTFS一択となります。
• RAID1:ミラーリングとも呼ばれ、2台のドライブが必要です。デメリットは、実効容量が1台分しか確保できないこと。データは両方のドライブに均等にコピーされるため、片方のディスクに障害が発生してもデータを守れます。また、ディスク読み取り速度も向上するため、アプリの起動やキャッシュからの読み込みが速くなります。
• RAID5:本記事では扱いません。最低3台のドライブが必要ですが、RAID1よりも多くの有効容量を確保できます。

Windowsのファイルシステムの種類

Windows 10における重要なファイルシステムは、「ReFS(Resilient File System)」と、長年使われてきた「NTFS(New Technology File System)」の2つです。NTFSはWindowsの標準ファイルシステムですが、同一または非常に近い仕様の予備ハードディスクを2台以上お持ちなら、ReFSの使用を検討する価値があります。ReFSはビットロット(データの自然劣化)を軽減するため、ストレージシステムのフォーマットに最適です。しかも、NTFSでフォーマットしたRAID1パーティションと同等のパフォーマンスを発揮します。ReFSは比較的新しくバグを抱えている可能性もありますが、筆者の経験では極めて安定しています。

RAIDベンチマーク結果

ドライブのパフォーマンスは、Windows上のさまざまな作業に影響します。たとえばWebブラウジングでは、ブラウザキャッシュへの読み書きが頻繁に行われます。キャッシュが低速なディスクにあるとブラウザの動作がもっさりしますが、高速なSSDにあればサクサク動く——だからこそ、ハードドライブのベンチマークは重要なのです。

どのアレイ構成とファイルシステムの組み合わせが最速なのかを調べるため、SATAドックを搭載したテストマシンを組み、古いOCZ Onyx SSDを2台接続しました。ベンチマーク対象は4構成:RAID1(NTFS)、RAID1(ReFS)、RAID0、そしてNTFSフォーマットのシングルドライブです。合成ベンチマークにはAS-SSDを使用し、CrystalDiskMarkで結果の妥当性を二次確認しました。最後に、7-ZipとHandBrakeを使った「実世界」テストも実施しています。なお、Android Studioをコンパイラとして使うテストは完全に失敗しました。

ランダム読み書き(4KB)

RAIDアレイはキュー深度が浅い状態(ほとんどのユーザーの利用状況がこれに該当)を苦手とします。そのため、Webブラウジングやオフィス業務にはRAIDをおすすめしません。ランダムリードに関しては、シングルドライブが他の構成に対して約9%の優位性を示しました。

書き込み速度については、RAID0が圧勝です。競合より約50%高速という結果が出ました。これは理にかなっています。RAID1とシングルドライブは全ドライブに同じデータをコピーするのに対し、RAID0は書き込みを2台のドライブに分散させるからです。

シーケンシャル読み書き(4KB)

シーケンシャルリード速度は、ディスク間のファイルコピー作業の指標になります。ファイルを移動する際、パフォーマンスが高ければ転送も速くなります。RAID1は、シングルドライブやRAID0と比べてシーケンシャルリードを大幅に改善しました。理論上はRAID0もシーケンシャルリードを向上させるはずですが、なぜか合成ベンチマークではその仮定が裏付けられませんでした。

シーケンシャル読み書きはファイルコピーの典型例です。予想どおり、コピーされたデータのチェックサムを計算するRAID1-ReFSが最下位となりました。ただし、パフォーマンス低下はごくわずかなものです。一方、RAID0は期待を大きく下回る結果となりましたが、それでもシングルドライブとRAID1-NTFSよりはわずかに速いという結果でした。

ランダム読み書き(4KB、キューデプス64)

深いキューデプスでのランダム読み書きベンチマークは、サーバーやその他の商用アプリケーションのパフォーマンスを予測するのに役立ちます。理論上、RAID0は4構成中最速のディスクパフォーマンスを提供するはずで、実際にそうなりました。しかし、RAID1も読み取り速度で僅差でありながら、データ冗長性まで備えています。RAID1をReFSでフォーマットした場合、NTFSと比べて読み取り速度の低下はごくわずかです。

深いキューでの書き込みパフォーマンスは、RAID0が圧倒的です。RAID1-NTFSとRAID1-ReFSは、アレイ維持に伴うオーバーヘッドのため、わずかなペナルティを受けます。

実世界のパフォーマンス

実世界のパフォーマンスに関しては、結果はそれほど劇的ではありません。HandBrakeでのエンコードと7-Zipの解凍では、RAID0が約2〜3%の優位性を示した程度です。300MBの写真フォルダをzip圧縮した場合は、むしろすべてのアレイがシングルドライブに劣り、シングルドライブとRAID1-ReFSの差は7%ありました。

残念ながら、一部のデータは破棄せざるを得ませんでした。たとえばソースコードのコンパイルでは、RAID1-ReFSが圧倒的な優位を示しました。差が大きすぎて、テスト手法に重大な欠陥があると確信せざるを得ません。RAID1はシングルドライブの約2倍の速度を記録し、RAID0もシングルドライブより約20%高速でした。この数値は再テストで確認する必要があるため、チャートは掲載しません。ビルド環境かテスト手法のいずれかに問題があるのかもしれません。

WindowsでRAIDを活用できるシーン

ベンチマーク結果に基づくと、RAIDが適している用途は以下の通りです:

• 写真・動画編集用のキャッシュ/スクラッチドライブ
• データ冗長性とビットロット対策を備えたネットワークストレージドライブの構築
• ソフトウェア保存用ドライブ

キャッシュ/スクラッチドライブ:IntelのRapid Storage Technology(RST)ドライバーを使えば、別のドライブをキャッシュドライブとして指定できます。この用途では大量の読み書きが発生するため、理論上はRAID0アレイが最大のメリットをもたらします。ただし、実世界のベンチマーク結果を見ると、シングルSSDの方がパフォーマンス向上に大きく貢献しそうです。

ネットワークストレージドライブ:ReFSの最も明白な用途はストレージドライブです。データ整合性の特性と大きな読み取り速度向上を兼ね備えているため、高速ネットワーク経由でのメディアストリーミングに最適です。

ソフトウェア保存用ドライブ:この構成では、RAID1パーティションにソフトウェアをインストールするだけです。読み取り速度の優位性、データ冗長性、ビットロット対策を考えると、ReFSでフォーマットしたRAID1は、NTFS版RAID1からの大幅なアップグレードと言えます。RAID1-NTFSと比べるとわずかにパフォーマンスは劣りますが、データ整合性のメリットがその欠点を大きく上回ります。本番環境では、データ整合性の強化は十分に価値があるでしょう。

RAID1-ReFSは本当に優秀

ReFSでフォーマットされたRAIDアレイは、NTFSと比べてわずかなパフォーマンス低下にとどまり、そのトレードオフは明らかに割に合います。他のRAID構成(RAID5など)をテストするだけのディスク数はありませんでしたが、RAID1の結果は有望です。ReFSは他の種類のアレイでも少なくとも同等以上のパフォーマンスを発揮すると考えられます。

筆者の意見:ReFSは本番環境対応として公式には謳われていませんが、筆者の経験では、ストレージシステムやソフトウェア保存用ドライブとして使うのが最適です。キャッシュドライブとしてもそこそこの働きをしてくれるでしょう。

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