3つのクラウドネイティブストレージソリューションとその適用シナリオの長所と短所の分析

I. はじめに

IT ビジネスは急速に発展し、ビジネス データは急増し、ビジネス ニーズは急速に変化しており、トラフィックのピークと谷は予測できません。したがって、既存の従来のアプリケーション アーキテクチャでは、現在のビジネス ニーズを満たすことができません。コンテナ技術はこのような背景から生まれました。コンテナクラウドをベースとしたデジタル技術は、ユーザーに対するサービス品質の向上、運用・保守効率の向上、IT構築コストの削減、リソース利用率の向上を実現します。また、ユーザーが新しいテクノロジーを採用し、新しいビジネスを迅速に立ち上げるのにも役立ちます。コンテナ化を使用してクラウドに移行するエンタープライズ アプリケーションが増えるにつれて、さまざまなクラウド ベンダー間でコンテナ サービスのビジネスが大幅に成長しています。コンテナ サービスは、クラウド ネイティブ時代の新しいインフラストラクチャとなり、クラウド リソースを最適に使用するためのエントリ ポイントとして徐々に定着しています。コンテナはいつでも破壊される可能性があります。コンテナが消えるとデータも消えます。したがって、コンテナ データの永続性が不可欠です。同時に、特にビデオ、5G、ライブ放送、大規模な金融サービスプロバイダーなどの突発的なアプリケーションの場合、多数の読み取り専用コンテナの弾力的な拡張には、リソースの弾力性に対する非常に高い要求が課され、データストレージには極めて高い弾力性と極めて高速なスケーラビリティを備えたアプリケーションシナリオが必要です。

2. クラウドネイティブストレージが遭遇する問題

問題点は次のとおりです。1. 使いやすさ: ストレージ サービスの導入と運用・保守が複雑で、クラウド ネイティブ度が低く、主流のオーケストレーション プラットフォームとの統合が不十分です。 2. 高いパフォーマンス: 多数のアプリケーションが、高い IOPS 要件と低いレイテンシで IO アクセスを使用します。パフォーマンスはアプリケーションの運用効率のボトルネックになります。 3. 高可用性: クラウド ネイティブ ストレージは実稼働環境に適用されており、単一障害点のない高い信頼性/高可用性が求められます。 4. 俊敏性: PV を迅速に作成、破棄、スムーズに拡張/縮小できます。 Pod の移行などに合わせて PV を素早く移行できます。

3. クラウドネイティブストレージソリューション

3.1 ローカルディスク

3.1.1 ローカルディスクアーキテクチャ

3.1.2 ローカルディスクの利点と欠点

利点: 1. 優れたパフォーマンスと信頼性の高いデータ。ローカル ディスクは、ディスクとアプリケーション システム間の IO パスが最短であるため、最高のパフォーマンスを提供できます。同時に、RAID は一定の信頼性保証を提供し、単一のディスク障害によるデータ損失を回避できます。 2. シンプル。ハードディスクをサーバーのハードディスクスロットに挿入し、HBA カードまたはソフトウェアを使用して RAID を作成し、論理ボリュームを分割して特定のファイルシステムにフォーマットし、コンテナにマウントします。デメリット: 1. コンテナの動的な性質により、ポッドは他のノードに移動し、ポッドは前のノードのディスク上のデータを使用できなくなります。 2. ローカル ディスクではノード レベルの高可用性を提供できません。物理ノードに障害が発生すると、すべてのデータが障害が発生したノードに保存されるため、アプリケーションを他のノードに復元することはできません。 3. ローカル ディスクは、俊敏性の面でビジネス ニーズを満たすことができません。企業で使用されるストレージ容量は、ローカル ディスクのサイズによって制限されます。ディスク容量の制限に達した場合、容量を拡張することは困難です。 RAID の導入も非常に時間のかかる作業であり、短期間で多数のアプリケーション システムを導入することは困難です。 4. その後の運用・保守に人手がかかり、維持管理が困難になる。

3.1.3 アプリケーションシナリオ

• ステートレス サービス、アプリケーション サービス ポッドが固定されているシナリオ。
• I/O 集約型のアプリケーション サービス、特にディスク ネットワーク I/O の影響を受けやすいサービス。

3.2 集中ストレージ NFS

3.2.1 NFSシステムアーキテクチャ

• NFS は C/S アーキテクチャであり、NFS クライアントと NFS サーバーの 2 つの部分に分かれています。両者は直接通信するのではなく、RPCbind サービスを通じて情報を送信します。
• NFS クライアントとサーバーは TCP/IP プロトコルに基づいて通信します。

3.2.2 集中型ストレージの利点と欠点

利点: 1. 使いやすい。 2. 導入が簡単で、非常に高速、そして保守も非常にシンプルです。 3. Linux および Windows システムと互換性があります。 4. TCP/IP プロトコル通信に基づいており、適用性と互換性に優れています。 5. リモート データ共有により、高データ可用性の問題が解決されます。デメリット: 1. 集中型ストレージは単一のビジネス システムに対して高いパフォーマンスを保証できますが、多数の同時ビジネス アクセスが発生すると、ストレージ コントローラがパフォーマンスのボトルネックになります。多数の企業のパフォーマンス要件を満たしたい場合は、複数の集中型ストレージ システムを使用する必要があり、ストレージ システムの管理コストが大幅に増加します。 2. さらに、集中型ストレージは数十年前に誕生したため、その設計では俊敏性や運用上の利便性が考慮されていませんでした。短時間に大量のボリュームを同時に作成および破棄することには対応できず、ビジネス システムの俊敏性要件を満たすことができません。

3.2.3 アプリケーションシナリオ

• 複数の異なるアプリケーション システムが同じファイル ディレクトリを共有します。
• Pod がドリフトした後もデータは失われず、Pod が配置されているノードを修正する必要はありません。

3.3 クラウドネイティブ分散ストレージ OpenEBS

3.3.1 OpenEBSシステムアーキテクチャ

1.Openebs は主に OpenEBS 制御層と OpenEBS データ エンジンの 2 つの部分に分かれています。 2. データ エンジンは OpenEBS の中核であり、サービスするステートフル ワークロードに代わって、基盤となる永続ストレージ上で読み取りおよび書き込み操作を実行する役割を担います。 3. 制御層は主に、Kubernetes CSI とのやり取りとボリュームのライフサイクルの管理を担当します。テレメトリとストレージの監視のために Prometheus/Grafana と統合します。

3.3.2 分散ストレージOpenEBSの利点と欠点

アドバンテージ：

• コンテナ接続ストレージの宣言型プロビジョニング。
• 同期データレプリケーションを使用した耐久性と高可用性。 OpenEBS は、Jiva、cStor、および Mayastor ストレージ エンジンを使用して、データ レプリケーションの同期と高可用性を保証します。
• スナップショットとクローンによるデータ保護。 cStor ストレージ エンジンはスナップショットとクローンをサポートしており、スナップショットの数に制限はありません。
• バックアップと復元による災害復旧。データのバックアップと復元は、OpenEBS Velero プラグインを通じて実行されます。

Prometheus メトリックと Grafana ダッシュボードを使用した可観測性。 OpenEBS は、ボリューム IOPS、スループット、レイテンシ、データ パターンなどのストレージ関連のメトリックを提供します。

欠点:

• アーキテクチャは複雑で使いにくく、強力な技術力と運用・保守能力が必要です。
• データの一貫性の問題。データの一貫性に対する要件が高いアプリケーション シナリオでは、分散ストレージのパフォーマンスが若干低下する可能性があります。分散構造のため、データの同期が大きな問題となります。技術は向上していますが、従来のストレージデバイスほど信頼性が高くありません。

3.3.3 OpenEBS アプリケーション シナリオ

• ステートフル サービスのデータ永続性。
• サービス データのスナップショットとクローン。
• サービスデータの災害復旧。

4. コンテナクラウドストレージの選び方

1. コンテナ サービスはクラスター アーキテクチャですか?

• 独立した非クラスター化サービスはローカル ストレージを使用できます。ローカル ストレージ io はネットワークを経由しません。
• クラスター サービスには共有ディレクトリが必要であり、NAS ストレージまたは分散ストレージを使用して解決する必要があります。

2. データ保存タイプ

コンテナ ストレージは、ブロック タイプとファイル タイプのストレージ リソースをコンテナ サービスに提供します。コンテナ ポッドは、ビジネス ニーズに基づいてブロック ストレージとファイル ストレージを選択します。

3. ビジネスデータの重要性

• データの機密性。ストレージはデータを暗号化します。
• データのセキュリティ。データ ストレージはスナップショットとバックアップをサポートします。
• データの移行とコピー。データ ストレージは、データの移行とデータのコピーをサポートします。
• データ災害復旧。

4. コンテナサービスの機能

• コンテナ サービスがステートフル サービスであるかステートレス サービスであるか。一般的に、ステートフル サービスには永続的なデータが必要です。第二に、ストレージはストレージの動的な作成をサポートする必要があります。
• コンテナのライフ サイクルと、コンテナが起動および停止される頻度。起動と停止の頻度が高いシステムでは、一部のストレージ システムがコンテナ ストレージ リソースの頻繁かつ迅速なプロビジョニングとリサイクルを処理するように設計されていないため、データの永続性に関する課題が生じます。

V. 結論

クラウドネイティブ時代の到来により、ますます多くのビジネスシステムがクラウドネイティブアーキテクチャを採用するようになります。ビジネスの安定的な運用を支える中核コンポーネントであるストレージシステムも、クラウドネイティブアーキテクチャの下で新たな課題に直面しています。同時に、データベースやストレージシステム自体もクラウドネイティブアーキテクチャの影響を受け、クラウドネイティブデータベースやクラウドネイティブストレージシステムが徐々に発展してきました。将来的には、データセンターにクラウドネイティブ データベースやクラウドネイティブ ストレージがますます登場し、広く使用されるテクノロジーになるでしょう。