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【2026 応用情報技術者 科目A #8】RAID・可用性・信頼度

応用情報技術者試験の科目Aに必要なRAID 0/1/5/6/10の容量と故障許容条件、RAIDとバックアップの違い、直列・並列システムの信頼度、MTBF・MTTRによる稼働率を、例題とオリジナル演習問題5問で学びます。

応用情報技術者試験科目ARAID信頼性稼働率

AP科目A・第8回 · 2026年度・シラバスVer.7.2に基づく独立した学習資料です。IPAとの提携はなく、合格を保証しません。 シリーズ一覧を見る

改訂／出典確認日: 2026-10-20 範囲の出典: IPA 応用情報技術者試験（レベル3）シラバス Ver.7.2

免責事項: 本記事は Motitory Labs が独自に作成した学習資料であり、IPA（独立行政法人情報処理推進機構）の承認・監修・提携を受けたものではありません。試験制度・出題範囲・シラバスは変更される可能性があるため、受験前に必ず IPA 公式サイトで最新情報を確認してください。掲載している5問はすべてオリジナル問題であり、過去問題は使用していません。

学習インデックス

  1. 用語整理（KO/JA/EN）
  2. RAID 0/1/5/6/10 — 容量と故障許容条件
  3. 容量計算の例（4 TB ディスク）
  4. RAID はバックアップではない
  5. 直列・並列システムの信頼度
  6. MTBF・MTTR と可用性（稼働率）
  7. オリジナル問題5問（解説付き）
  8. クイックシート・よくある落とし穴・最終セルフチェック・復習計画
  9. 出典とシラバス対応

1. 用語整理

한국어 日本語 English 意味
신뢰도 信頼度 reliability 定められた条件下で、**定められた期間（ミッション時間）**故障せずに機能する確率
가용성(가동률) 可用性（稼働率） availability システムが使用可能（稼働）状態にある時間の割合／確率
평균 고장 간격 平均故障間隔（MTBF） mean time between failures 故障と故障の間の平均稼働時間
평균 수리 시간 平均修復時間（MTTR） mean time to repair/restore 故障後の修理・復旧に要する平均時間（定義は文脈により異なる場合あり）
스트라이핑 ストライピング striping データを複数ディスクに分散して書き込む
미러링 ミラーリング mirroring 同じデータを2台以上のディスクに複製して書き込む
패리티 パリティ parity 失われたデータを復元するための冗長情報
리빌드 リビルド rebuild 交換ディスクにデータを再構成する作業
직렬 시스템 直列システム series system すべての構成要素が動作して初めて動作する
병렬 시스템 並列システム (active) parallel system 1つ以上が動作すれば動作する
백업 バックアップ backup 原本から独立した別コピー（履歴・世代を含む）

注意: 信頼度（一定期間故障せずに動作する確率）と可用性（定常状態で稼働している時間の割合）は別の指標です。試験では「稼働率」に直列・並列の式をそのまま適用する問題が多いですが、概念そのものを混同しないでください。

2. RAID 0/1/5/6/10

前提: すべてのディスクの使用可能容量は同じ S とし、ファイルシステム・コントローラ・ホットスペア・メタデータのオーバーヘッドは特に記載がない限り無視します。物理容量が異なる場合は、一般に最小のメンバ容量を基準に計算します。以下の「故障許容」はディスク故障のみを指し、コントローラ故障や火災・浸水のような相関（同時）災害までは防げません。

レベル 最小台数 使用可能容量 故障許容（ディスク）
RAID 0（ストライピング） 2 N×S 0 — 1台でも故障すればアレイ喪失
RAID 1（ミラーリング、標準2台構成） 2 S 2台のうちどちらか1台まで
RAID 5（分散パリティ） 3 (N−1)×S 任意の1台。リビルド完了前に2台目が故障するとアレイ喪失
RAID 6（二重パリティ） 4 (N−2)×S 任意の2台。3台目の故障でアレイ喪失
RAID 10（ミラー＋ストライプ） 4（偶数） (N/2)×S 保証されるのは任意の1台。 各ミラーペアで1台ずつの故障なら最大 N/2 台まで存続しうる。同じペアの2台が故障するとアレイ喪失
  • RAID 1: 標準的な2台ミラーを前提とします。3台以上のミラーなどは実装（製品）により異なるため一般化しないでください。
  • RAID 10 の存続は「何台」ではなく「どのディスク」が故障したかで決まります。 例：6台を (D1,D2)(D3,D4)(D5,D6) の3ミラーペアで構成した場合
    • D1・D3・D5 が故障 → 各ペアに1台ずつ残るので存続（3台 = N/2）
    • D1・D2 が故障 → 同じペアが全滅しアレイ喪失（わずか2台）
    • したがって「RAID 10 は N/2 台まで耐える」という断定は誤りです。保証されるのは任意の1台だけです。

3. 容量計算の例

例A — 同容量 4 TB ディスク6台（S = 4 TB、N = 6）

レベル 計算 使用可能容量
RAID 0 6 × 4 24 TB
RAID 5 (6 − 1) × 4 20 TB
RAID 6 (6 − 2) × 4 16 TB
RAID 10 (6 / 2) × 4 12 TB

例B — RAID 1（別の例）：同容量 4 TB ディスク2台 → 使用可能容量 4 TB。（6台の RAID 1 は実装により意味が異なり曖昧なため、ここでは扱いません。）

4. RAID はバックアップではない

RAID は一部のディスク故障中もサービスを継続させる可用性の技術です。しかし全メンバが「現在の状態」を同時に反映するため、次のものには無力です。

  • 誤操作による削除・上書き → 全メンバに即座に反映
  • ランサムウェアによる暗号化、ソフトウェアのバグによるデータ破損 → メンバ全体に伝播
  • 盗難・火災・浸水など設置場所全体の喪失
  • コントローラ故障、運用者のミス（誤ったディスクの抜去・初期化など）

バックアップには、原本から独立した別コピー、世代／履歴の保管、そして定期的なリストアテストが必要です。

5. 直列・並列システムの信頼度

前提（すべての計算に共通）: 各構成要素の信頼度 Ri は同じミッション期間に対する値であり、故障は統計的に互いに独立です。共通原因故障（例：同じ電源を共有）や相関した故障がある場合、以下の式はそのままでは使えません。

直列（すべてが動作して初めて動作）

R_series = R1 × R2 × … × Rn

例: 独立な R1 = 0.98、R2 = 0.99 → 0.98 × 0.99 = 0.9702（97.02%） → 直列につなぐと、最も弱い要素よりも信頼度が低くなります。

アクティブ並列（1つ以上が動作すれば動作）

R_parallel = 1 − (1 − R1)(1 − R2)…(1 − Rn)

余事象の考え方: 「システム故障」＝「すべての構成要素が故障」。独立なので全故障の確率は (1 − Ri) の積で、1 から引けばシステムが動作する確率になります。

例: 独立で同じ R = 0.90 の2台 → 1 − (0.10 × 0.10) = 1 − 0.01 = 0.99（99%）

スタンバイ（待機）構成は別物です。 故障時に予備機へ切り替える構成では、切替の成功率（カバレッジ）や待機中の故障の有無などの前提によって計算が変わるため、単純なアクティブ並列の式をそのまま適用してはいけません。

これらの値はミッション信頼度（確率）であり、次節の定常状態の可用性と同じものではありません。

6. MTBF・MTTR と可用性

前提: 修理可能なシステムが稼働（up）と停止（down）を交互に繰り返す定常状態の近似、および単位の統一。

  • MTBF：故障と故障の間の平均稼働時間
  • MTTR：平均修理／復旧時間（故障検知や待ち時間を含むかなど、定義は文脈により異なりうるため、問題文の定義を確認）

A = MTBF / (MTBF + MTTR) 不稼働率 = MTTR / (MTBF + MTTR) = 1 − A

例: MTBF = 990 h、MTTR = 10 h → A = 990 / 1000 = 0.99（99%）、不稼働の割合 0.01（1%）

年間の期待停止時間（定常モデルにおける期待値）: 0.01 × 8,760 h = 87.6 h/年 → これは期待値にすぎず、毎年ちょうど 87.6 時間停止するという予定や保証ではありません。

単位の落とし穴の例: MTBF = 49.5 日、MTTR = 12 時間

  • 誤った計算：49.5 / (49.5 + 12) ≈ 0.8049（日と時間が混在）
  • 正しい計算：49.5 日 = 49.5 × 24 = 1,188 h → 1,188 / (1,188 + 12) = 1,188 / 1,200 = 0.99

7. オリジナル問題（5問）

以下の問題はすべて Motitory Labs が作成したオリジナル問題です。過去問題ではありません。

問1 — RAID の容量

同容量 2 TB のディスク8台で RAID 6 を構成した。オーバーヘッドを無視したときの使用可能容量はどれか。

  • ア. 16 TB
  • イ. 14 TB
  • ウ. 12 TB
  • エ. 8 TB

正解：ウ（12 TB）

解説: RAID 6 = (N − 2) × S = (8 − 2) × 2 = 12 TB

  • ア 16 TB：8 × 2 — RAID 0 の容量（パリティなし）
  • イ 14 TB：(8 − 1) × 2 — RAID 5 の容量（パリティ1台分）
  • エ 8 TB：(8 / 2) × 2 — RAID 10 の容量（半分がミラー）

問2 — RAID 10 の故障パターン

6台のディスクをミラーペア (D1,D2)、(D3,D4)、(D5,D6) にまとめてストライピングした RAID 10 がある。2台同時故障でアレイが失われる組合せはどれか。（リビルド前、他の故障はない）

  • ア. D1 と D3
  • イ. D3 と D4
  • ウ. D2 と D5
  • エ. D4 と D6

正解：イ（D3 と D4）

解説: D3・D4 は同じミラーペアなので、そのペアのデータがすべて失われ、ストライプ全体が失われます。

  • ア D1・D3：異なるペア → 各ペアに1台ずつ残り存続
  • ウ D2・D5：異なるペア → 存続
  • エ D4・D6：異なるペア → 存続

RAID 10 の存続は故障の台数ではなく位置（同じペアかどうか）で決まります。

問3 — 直列・並列の信頼度

構成要素 A と B（各信頼度 0.90）をアクティブ並列に接続し、その組を構成要素 C（信頼度 0.95）と直列に接続した。すべての信頼度は同じミッション期間に対する値で、故障は互いに独立である。システムの信頼度はどれか。

  • ア. 0.7695
  • イ. 0.8550
  • ウ. 0.9995
  • エ. 0.9405

正解：エ（0.9405 = 94.05%）

解説:

  1. A∥B：1 − (1 − 0.90)(1 − 0.90) = 1 − 0.01 = 0.99
  2. (A∥B) と C の直列：0.99 × 0.95 = 0.9405
  • ア 0.7695：0.90 × 0.90 × 0.95 — 3つとも直列として計算した誤り
  • イ 0.8550：0.90 × 0.95 — 並列要素を1つしか反映していない誤り
  • ウ 0.9995：1 − (0.10 × 0.10 × 0.05) — 3つとも並列として計算した誤り

問4 — MTBF・MTTR と単位

ある修理可能なサーバの MTBF が 49.5 日、MTTR が 12 時間である。定常状態の近似における可用性（稼働率）はどれか。

  • ア. 0.9900
  • イ. 0.0100
  • ウ. 0.8049
  • エ. 0.9899

正解：ア（0.99 = 99%）

解説: 単位を統一：49.5 日 × 24 = 1,188 h。A = 1,188 / (1,188 + 12) = 1,188 / 1,200 = 0.99

  • イ 0.0100：MTTR / (MTBF + MTTR) — 可用性ではなく不稼働率
  • ウ 0.8049：49.5 / (49.5 + 12) — 日と時間を混在させた単位の誤り
  • エ 0.9899：1 − MTTR/MTBF = 1 − 12/1,188 ≈ 0.98990 — 分母から MTTR を落とした近似の誤り

問5 — RAID とバックアップ、前提の区別

最も適切な記述はどれか。

  • ア. RAID 1 は同じデータが2台にあるので、別途バックアップは不要である。
  • イ. RAID 6 は任意のディスク2台の故障中も運用を継続できるが、誤って削除したファイルは全メンバから削除されるため、世代管理された別のバックアップとリストアテストが必要である。
  • ウ. 信頼度 0.90 のサーバ2台を並列にすれば、2台が1つの電源装置を共有し、その故障で両方が停止する場合でも、システムの信頼度は 0.99 である。
  • エ. 可用性が 0.99 であれば、システムは毎年ちょうど 87.6 時間停止することが保証される。

正解：イ

解説: RAID 6 はディスク2台の故障まで可用性を維持しますが、削除・上書きは全メンバに反映されるため、独立したコピー・履歴・リストアテストを備えたバックアップが別途必要です。

  • ア：ミラーは削除・ランサムウェア・破損をそのまま複製するため、バックアップではありません。
  • ウ：共有電源は共通原因故障であり、独立の前提が崩れます。0.99 は独立の場合にのみ成り立ちます。
  • エ：87.6 h/年は定常モデルにおける期待値であり、予定や保証ではありません。

8. クイックシート

項目 式／要点
RAID 0 N×S、許容0台、最小2台
RAID 1（2台） S、どちらか1台まで
RAID 5 (N−1)S、任意の1台、最小3台
RAID 6 (N−2)S、任意の2台、最小4台
RAID 10 (N/2)S、保証は任意の1台、同じペア2台でアレイ喪失、偶数4台以上
直列 ∏Ri（独立・同じ期間）
アクティブ並列 1 − ∏(1 − Ri)（独立・同じ期間）
可用性 MTBF / (MTBF + MTTR)、単位を統一
不稼働率 MTTR / (MTBF + MTTR)

よくある落とし穴

  1. RAID 10 を「N/2 台まで耐える」と断定 — 保証は1台のみ。
  2. RAID 5 のリビルド中の2台目故障を見落とす。
  3. RAID（可用性）をバックアップ（履歴コピー）と取り違える。
  4. 日単位の MTBF と時間単位の MTTR を混在させる。
  5. 1 − MTTR/MTBF で近似する、または不稼働率を可用性として答える。
  6. 共通原因故障があるのに独立並列の式を適用する。
  7. スタンバイ構成をアクティブ並列と同じに計算する。
  8. ミッション信頼度と定常可用性を混同する、年間の期待停止時間を保証と解釈する。
  9. 0.99 と 99% を途中で混在させ、100倍の誤差を出す。

最終セルフチェック

  • 4 TB × 6台の RAID 0/5/6/10 の容量（24/20/16/12 TB）をすぐ言える。
  • RAID 10 で3台故障でも存続する例と、2台故障で失われる例を挙げられる。
  • RAID がバックアップではない理由を3つ以上言える。
  • 0.98 × 0.99 = 0.9702、1 − 0.1² = 0.99 を前提とともに説明できる。
  • MTBF 990 h、MTTR 10 h → 0.99、年間期待停止 87.6 h（期待値）を説明できる。
  • 日／時間の単位を統一してから計算できる。

復習計画

  • 1日後: クイックシートを隠し、RAID の表と3つの式を白紙に再現する。
  • 3日後: 問1〜5を解説なしで解き直し、誤りの選択肢がなぜ誤りかを口頭で説明する。
  • 7日後: 数値を変えて自分で変形問題を作る（例：8台の RAID 10、MTBF 30 日／MTTR 6 h）。

9. 出典とシラバス対応

  • 公式出典: IPA 応用情報技術者試験（レベル3）シラバス Ver.7.2 https://www.ipa.go.jp/shiken/syllabus/omgdg50000005kq5-att/syllabus_ap_ver7_2.pdf（2026-10-20 確認）
  • 対応（大分類2：コンピュータシステム／中分類4：システム構成要素）:
      1. システムの構成 —（2）システム構成 → 第2・5節（冗長構成による信頼性向上）
      1. システムの構成 —（6）ストレージ → 第2・3・4節（RAID0、RAID1、RAID10、RAID5、RAID6、ストライピング、ミラーリング、パリティ）
      1. システムの構成 —（7）信頼性設計 → 第5節（信頼性ブロック図、並列運転、予備切替）
      1. システムの評価指標 —（2）システムの信頼性特性と評価 — ① RASIS → 第1節（Reliability と Availability の区別）
      1. システムの評価指標 —（2）システムの信頼性特性と評価 — ② 信頼性指標と信頼性計算 → 第5・6節（MTBF、MTTR、稼働率、直列・並列の計算）
  • 今回の対象外: RAID 2/3/4 の詳細、チャンクサイズ、NAS/SAN、バックアップサイト設計、RASIS の詳細、バスタブ曲線、ストレージ性能ベンチマーク → 後続回。
  • 過去問題の使用: なし。5問すべてオリジナル。

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