今回のテーマはRAIDです。

RAIDとは？

RAID（レイド）は、Redundant Arrays of Inexpensive（またはIndependent） Disksの略であり、直訳すると「安価な（または独立した）ディスクの冗長な配列」という意味です。
1988年に、米国のデイビッド・パターソン氏の論文で、かつて高価だった磁気ディスク装置（以下では、単にディスクと呼びます）が安価になったので、1つのコンピュータシステムで複数台のディスクを使って信頼性を向上させよう、ということで、RAID1からRAID5という5種類の仕組みが提唱されました。
この論文にはありませんが、複数台のディスクを使ってアクセス速度を向上させる仕組みもあり、これもRAIDに含めて、RAID0と呼びます。

RAIDには、RAID0からRAID5の6種類があることになりますが、これらの中でよく使われるのは、RAID0、RAID1、RAID5の3種類（および、それらの組合せ）であり、試験にも3種類が出題されています。
したがって、RAIDに関する問題の攻略法は、これら3種類の名称と仕組みを対応付けて、しっかりと覚えることです。

とはいえ、RAID0、RAID1、RAID5という番号だけでは、仕組みと対応付けるのが困難でしょう。そこで、それぞれに仕組みを意味する別名があることを知ってください。
RAID0は「ストライピング」、RAID1は「ミラーリング」、RAID5は「分散パリティ」です。
これらの別名から仕組みを理解したら、自分流に理由付けをして、仕組みと番号と対応付けて覚えてください。
理由付けの例は、それぞれのRAIDを説明するときに示します。

RAID0（ストライピング）の仕組み

RAID0は、データをブロックに分割して、複数のディスクに分散して格納します。
それぞれのディスクは、独立して同時に動作できるので、データを1台のディスクに格納するより、アクセス時間を向上できます。
RAID0を実現するには、最低でも2台のディスクが必要です。

この仕組みをストライピングと呼ぶのは、データを複数台のディスクに書き込むと、縞模様（stripe）のようになるからです。
図1は、データをA、B、C、D、E、Fという6つのブロックに分けてストライピングした例です。

【図1】RAID0（ストライピング）の例

RAIDの本来の目的は、信頼性の向上です。
それに対して、ストライピングは、アクセス速度の向上を目的としています。
「ストライピングは、他のRAIDとは目的が違うので0という特殊な番号なのだ」と理由付けして覚えてください。

RAID1（ミラーリング）の仕組み

RAID1は、複数のディスクに同じデータを格納します。
どちらか一方のディスクが故障しても、もう一方のディスクにデータがあるので、信頼性を向上できます。
RAID1を実現するには、最低でも2台のディスクが必要です。

この仕組みをミラーリングと呼ぶのは、鏡（mirror）に映したように、複数のディスクに同じデータがあるからです。
図2は、A、B、Cというブロックからなるデータをミラーリングした例です。

【図2】RAID1（ミラーリング）の例

ミラーリングは、最もシンプルなRAIDだといえるでしょう。
「ミラーリングは、最もシンプルだから1という先頭の番号なのだ」と理由付けして覚えてください。

RAID5（分散パリティ）の仕組み

RAID5を実現するには、最低でも3台のディスクが必要です。
3台のディスクを使う場合は、データを2台のディスクに分散して格納し、それらのパリティ（データを訂正するための符号）をもう1台のディスクに格納します。
3台のディスクに格納されたデータとパリティは、いずれか1台のディスクが故障しても、残りの2台のディスクで復元できるので、信頼性を向上できます。

この仕組みを分散パリティと呼ぶのは、パリティ専用に1台のディスクを使うのではなく、それぞれのディスクにパリティを分散させるからです。
図3は、A1とA2に分散されたデータとパリティAp、B1とB2に分散されたデータとパリティBp、およびC1とC2に分散されたデータとパリティCpによる分散パリティの例です。
Ap、Bp、Cpというパリティが3台のディスクに分散されていることに注目してください。

【図3】RAID5（分散パリティ）の例

分散パリティは、ミラーリング（RAID1）と比べて、かなり複雑です。
「分散パリティは、複雑なので5という大きな番号なのだ」と理由付けして覚えてください。

RAIDに関する問題（1）

RAIDに関する問題を見てみましょう。
以下は、RAIDの仕組みと番号を対応付ける問題（出典：R01秋問15）です。

ミラーリングは、RAID1の仕組みを意味する別名です。
したがって、選択肢アが正解です。選択肢には、RAID2、RAID3、RAID4もありますが、これらが試験問題のテーマになったことはないので、気にする必要はありません。
とにかく、「RAID0はストライピング」「RAID1はミラーリング」「RAID5は分散パリティ」の3つを、しっかりと覚えてください。

RAIDに関する問題（2）

RAIDに関する問題を、もう1つ見てみましょう。
以下は、先ほどの問題とは逆に、RAIDの番号と仕組みを対応付ける問題（出典：H29秋問12）です。

RAID5の仕組みを意味する別名は、分散パリティです。
したがって、「複数のディスクに分散してパリティを書き込む」と記述している選択肢ウが正解です。

念のため、他の選択肢も見ておきましょう。
選択肢エは、ミラーリングとあるので、RAID1です。
選択肢アとイは、ストライピングのRAID0ではないので、他の番号のRAIDでしょう。
ただし、RAID0、RAID1、RAID5以外のRAIDが問題のテーマになったことはないので、気にする必要はありません。

今回は、「RAID」のポイントと攻略法を解説しました。このテーマが苦手だった受験者の参考になれば幸いです。

それでは、またお会いしましょう！

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やるべき問題とは、よく出る問題であり、かつ、練習すればできる問題（練習しないとできない問題）です。

厳選問題looks_oneこの表記は何だろう？ そう思ったなら練習しておこう

f ( x, y ): if y = 0 then return x else return f ( y, x mod y )

この問題には、何やらプログラムのようなものがありますね。 いったい何でしょう？

これは、出題者が勝手に作ったプログラミング言語もどきです。 基本情報技術者試験には、このように、何の説明もなしに「わかるよねえ」というノリでプログラミング言語もどきが示されることがあります。

ある程度プログラミング経験があれば、「何となくわかる」なのですが、プログラミング経験が少なければ「わからない！」でしょう。 それなら練習しておきましょう。

このプログラミング言語もどきは、関数 f ( x, y ) の処理内容を定義しています。

if 、 then 、 return 、 else は、英語として意味を考えてください。

if y = 0 then return x の部分は、「もしも y が 0 と等しいなら、戻り値 として x を返す」でしょう。 「戻り値」とは、関数の処理結果として返される値です。

そして、 else return f ( y, x mod y ) の部分は、「そうでなければ、引数を y と x mod y（ x を y で割った余り）に変えて、再び 関数 f を呼び出す」でしょう。 「引数（ひきすう）」とは、関数のカッコの中に指定される値です。

ここでは、関数 f の処理の中で、再び 関数 f が呼び出され、それによって処理が繰り返されます。 これを「再帰呼び出し」と呼ぶことも覚えておいてください。

プログラミング言語もどきの意味がわかったら、自分がコンピュータになったつもりで、処理の流れとデータの変化をトレース（追いかけること）してみましょう。

以下のようになり、最終的に 31 という値が得られます。 正解は、イです。

なお、念のために説明しておくと、この 関数 f は、最大公約数を求める処理を行っています。 775 と 527 の最大公約数は、 31 です。

looks_one f ( 775, 527 )

y = 0 でないので、 f ( 527, 775 mod 527 ) を呼び出す。

looks_two f ( 527, 248 )

y = 0 でないので、 f ( 248, 527 mod 248 ) を呼び出す。

looks_3 f ( 248, 31 )

y = 0 でないので、 f ( 31, 248 mod 31 ) を呼び出す。

looks_4 f ( 31, 0 )

y = 0 なので、戻り値として x の 31 を返す。

解答　イ

厳選問題looks_twoRAID 0 、 RAID 1 、 RAID 5 の仕組みを知っておこう

RAID （レイド）は、 Redundant Arrays of Inexpensive Disks （安価なディスクの冗長な配列）の略語です（ I を Independent とする場合もある）。

これは、「ハードディスクが安価になったので、 1 つのシステムで複数台のハードディスクを使って、何か便利なことをやろう！」というアイディア集であり、 RAID 0 ～ RAID 6 があります。

「そんなにいっぱい覚えられないよ」と思ったら、RAID 0 、 RAID 1 、 RAID 5 を覚えてください。 試験によく出るのは、これら 3 つだからです。

RAID の種類

RAID 0 とは

まず、 RAID 0 から説明しましょう。

たとえば、 1 つのファイルを 1 台のハードディスクに格納したら、ちょうどディスク 1 回転分のサイズになったとしましょう。 ファイルを読み書きする時間は、ディスクが 1 回転する時間になります。

このファイルを半分に分割して 2 台のハードディスクに分けて格納したらどうなるでしょう。 ファイルを読み書きする時間は、それぞれのハードディスクが同時に半回転する時間になります。 つまり、時間が 1/2 になります。

これが、 RAID 0 のアイディアです。

0 という番号になっているのは、その他の番号の RAID のアイディアが信頼性を向上するものであるのに対し、 RAID 0 だけは処理を速くするものだからです。 「信頼性の向上はゼロだよ」というわけです。

RAID 1 とは

次に、 RAID 1 です。 これには「ミラーリング（ mirror = 鏡）」という別名があります。

この別名が示すように、複数台のハードディスクに同じデータ（鏡に映ったように同じデータ）を書き込むというアイディアです。

たとえば、 2 台のハードディスクに同じデータを書き込めば、どちらか一方が故障しても、データを失うことはありません。 もう一方のハードディスクに同じものがあるのですから。 このアイディアは、とても簡単ですね。

RAID 5 とは

最後に、 RAID 5 です。

RAID 0 とRAID 1 は、最低 2 台のハードディスクがあれば実現できますが、 RAID 5 は、最低 3 台のハードディスクが必要になります。

それぞれのハードディスクの内容をいくつかのブロックに分けて、 2 台のハードディスクのブロックの内容を XOR 演算した結果を、別の 1 台のハードディスクのブロックに書き込みます。

これによって、どれか 1 台が故障しても、他の 2 台でデータを復元できます。

たとえば、以下の構成で、ハードディスク C が故障した場合には、

ハードディスク A にある「 b2 XOR c1 」と
ハードディスク B にある「データ b2 」で、
ハードディスク C の「データ c1 」を復元でき、

ハードディスク B にある「 c2 XOR a2 」と
ハードディスク A にある「データ a2 」で、
ハードディスク C の「データ c2 」を復元できます。

（ b2 XOR c1 ）XOR b2 = c1 という演算で c1 が求められ、
（ c2 XOR a2 ）XOR a2 = c2 という演算で c2 が求められるからです。

これで、 RAID 0 、 RAID 1 、 RAID 5 のアイディアがわかりましたね。

それでは、問題を見てみましょう。 RAID 1 つまり ミラーリング に関する問題です。

4 T バイトのデータをミラーリングするのですから、少なくとも 8 T バイトの記憶容量が必要です。 ここでは、外部記憶装置（ハードディスクのこと）の記憶容量が 1 T バイトなのですから、少なくとも 8 台が必要です。

正解は、エです。

解答エ

「この問題、超簡単じゃん！」と思ったなら、それは RAID 1 のアイディアを覚えたからですよ。

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厳選問題looks_3直列と並列の稼働率の求め方は、丸暗記ではなく理屈で覚えよう

問 14　平成 29 年度　春期

稼働率 R の装置を図のように接続したシステムがある。 このシステム全体の稼働率を表す式はどれか。 ここで,並列に接続されている部分はどちらかの装置が稼働していればよく、直列に接続されている部分は両方の装置が稼働していなければならない。

ア

( 1 – (1 – R² ) )²

イ

1 – ( 1 – R² )²

ウ

( 1 – (1 – R )² )²

エ

1 – ( 1 – R )⁴

稼働率の問題は、とにかくよく出ます。

どんな問題が出ても大丈夫なように、稼働率の求め方をしっかり覚えておきましょう。

そのための基礎知識となるのは、 2 台の装置が直列に接続されたシステムと、並列に接続されたシステムの稼働率の求め方です。

これらを、丸暗記ではなく理屈で覚えてください。

以下は、稼働率 R の 2 台の装置が 直列 に接続されたシステムです。

直列は、 2 台の装置の両方が動作していないと、システムが稼働しないことを意味します。

この場合のシステムの稼働率は、 1 台目の装置が動作し、かつ、 2 台目の装置が動作する確率なので、それぞれの稼働率を掛けた

R × R = R2

になります。

以下は、稼働率 R の 2 台の装置が 並列 に接続されたシステムです。

並列は、 2 台の装置の少なくともどちらか一方が動作していれば、システムが稼働することを意味します。

この場合のシステムの稼働率は、

と考えて計算します。 この 1 は、 100 % を意味しています。

稼働率 R の装置は、 1 – R の確率で故障します。

2 台の装置が同時に故障する確率は、 1 台目の装置が故障し、かつ、 2 台目の装置が故障する確率 なので、それぞれを掛けた
( 1 - R ) × ( 1 - R ) = ( 1 - R )2
です。

したがって、このシステムの稼働率は、
1 - ( 1 - R )2
です。 ここまでが基礎知識です。

ご理解いただけたでしょうか？

それでは、問題を見てみましょう。

複雑なシステム構成になっていると思うかもしれませんが、どんなシステム構成も直列と並列に分解できるので、先ほどの基礎知識があれば稼働率を求められます。

このシステムは、稼働率 R の 2 台の装置が 並列 になっている部分が 2 つあり、それらが 直列 になっています。

稼働率 R の 2 台の装置が 並列 になっている部分の稼働率は、それぞれ
1 - ( 1 - R )2
です。

それらを直列にしたシステム全体の稼働率は、
( 1 - ( 1 - R )2 ) ×（ 1 - ( 1 - R )2 ) = ( 1 - ( 1 - R )2 )2
です。 正解は、ウです。

解答ウ

info_outline稼働率の計算に関する詳しい記事

稼働率の計算方法がわかる｜かんたん計算問題

厳選問題looks_4基本情報技術者試験には、公式の暗記が必要な問題は出題されません

問 17　平成 29 年度　春期

図の送信タスクから受信タスクに T 秒間連続してデータを送信する。 1 秒当たりの送信量を S ， 1 秒当たりの受信量を R としたとき，バッファがオーバフローしないバッファサイズ L を表す関係式として適切なものはどれか。 ここで，受信タスクよりも送信タスクの方が転送速度は速く，次の転送開始までの時間間隔は十分にあるものとする。

ア　L < ( R – S ) × T　　
イ　L < ( S – R ) × T
ウ　L ≧ ( R – S ) × T　　
エ　L ≧ ( S – R ) × T

選択肢を見て「こんな公式なんて知らないよ！」と思ったかもしれませんが、それは誤解です。 なぜなら、基本情報技術者試験には、公式の暗記が必要な問題が出題されたことがないからです。

したがって、一見して公式っぽいものが示されていても、問題を読めば計算式を見出すことができます。 恐れずにやってみましょう。

問題文に

「受信タスクより送信タスクの方が、転送速度が速い」

と示されているので、そのままでは受信の処理が間に合いません。

そのため、バッファを使って、すぐに受信できないデータを格納しておくのです。

1 秒あたり送信量 は S で、 1 秒あたりの受信量 は R です。 受信より送信の方が速いのですから、S ＞ R です。
したがって、 1 秒あたり
S - R
のデータの処理が間に合いません。

ここでは、 T 秒間 連続してデータを送るのですから、
（ S - R ）× T
のデータの処理が間に合いません。

これをバッファに格納するのですから、バッファのサイズ L は、
（ S - R ）× T 以上
でなければなりません。

式で表すと
L ≧ （ S - R ）× T
です。 正解は、エです。

解答エ

どうです。 恐れずにやってみれば、意外と簡単な問題だったでしょう！

厳選問題looks_5自分流に工夫して OSI 基本参照モデルとネットワーク機器の対応を覚えよう

ネットワーク機器である「リピータ」「ブリッジ」「ルータ」「ゲートウェイ」は、拙著「出るとこだけ！ 基本情報技術者テキスト&問題集」に掲載した「試験によく出る問題と用語 Top 100 」で、よく出る用語の第 1 位になっています。

これらの用語は、 OSI 基本参照モデルと対応付けて出題されます。

以下に対応を示します。 問題には「トランスポート層以上」とあるので、ゲートウェイが適切です。 正解は、アです。

と言ってしまえば簡単なのですが、悩ましいのは、 OSI 基本参照モデルとネットワーク機器を、どうやって対応付けて覚えるかです。

自分流に覚え方を工夫しましょう。 例を示します。

基本情報技術者試験の午前問題は、すべて四択です。 ルータ、ブリッジ、リピータの 3 個では、選択肢が足りません。 そこで、あまり一般的ではありませんが、ゲートウェイという選択肢を追加しています。

ゲートウェイ は、 OSI 基本参照モデルの 1 つの階層に対応するのではなく、複数の階層にまたがって幅広くプロトコルを変換します。 ネットワーク層、データリンク層、物理層には、それぞれルータ、ブリッジ、リピータという機器があります。

そのため、ゲートウェイは、トランスポート層以上の階層に対応するとされます。 この問題は、「トランスポート層以上」ということなのでゲートウェイが適切です。

正解は、アです。

解答ア

searchタグで関連記事をチェックOSI 参照モデル

記事をお読みいただきありがとうございます。

もしも、一度解いただけでは、よくわからない問題があったなら、わかるまで何度でも練習してください。 「やるべき問題」は、「わかるまでやるべき問題」だからです。

この厳選問題大全集が、受験者の皆様のお役に立てば幸いです。

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