3つのレベルでのクラウドコンピューティングストレージ仮想化技術の実装

1. クラウドコンピューティング

企業が成長するにつれて、ビジネスとアプリケーションは増加し続け、IT システムの規模はますます大きくなり、エネルギー消費量の増加、データセンターのスペース不足、IT システムの総所有コストの過剰な増加などの問題が発生します。既存のサーバー、ストレージ システム、その他の機器が十分に活用されていないため、リソースが極度に浪費されています。 IT インフラストラクチャはビジネス ニーズに対応できるほど柔軟ではなく、ビジネス ニーズを満たすためにシステム リソースを効果的に割り当てることができません。そのため、企業は、ビジネス環境の変化に迅速に対応し、データセンターの運用コストを削減するために、コストを削減し、インテリジェントで安全な機能を備え、現在のビジネス環境に適応できる、柔軟で動的なインフラストラクチャとアプリケーション環境を確立する必要があります。 「クラウドコンピューティング」は、モデルやアイデアとして人々の視野に入ってきました。

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クラウド コンピューティングは、データ中心で、データ ストレージ、データ管理、プログラミング モデル、同時実行制御、システム管理において独自のテクノロジを備えたデータ集約型スーパーコンピューティングです。クラウド コンピューティングの出現により、情報サービスの提供方法が変わりました。 「クラウド」内のリソースは、ユーザーにとって無限に拡張可能であり、タイムリーに取得でき、いつでも拡張または縮小でき、オンデマンドで使用できます。実際には、これは単一のサービスではなく、サービスの集合です。ユーザーに大規模なITサービス機能を提供します。クラウド コンピューティング研究の焦点はネットワーク コンピューティングであり、実際その本質はコンピュータの仮想化です。

2. 仮想化技術

仮想化テクノロジーは、コンピューティング リソースを割り当てる方法です。ハードウェア、ソフトウェア、データ、ネットワーク、ストレージなど、アプリケーション システムのさまざまなレベルを分離することで、データ センター、サーバー、ストレージ、ネットワーク、データ、アプリケーション内の物理デバイス間の境界を解消し、アーキテクチャを動的にし、物理リソースと仮想リソースの集中管理と動的な使用を実現して、システム構造の弾力性と柔軟性を向上させ、コストを削減し、サービスを向上させ、管理リスクを軽減します。クラウド環境では、仮想化技術は、システムレベルに応じて、サーバー仮想化、ストレージ仮想化、ネットワーク仮想化、アプリケーション仮想化、クライアント仮想化に分類されます。さまざまな種類の仮想化テクノロジは、さまざまな観点からさまざまなシステム パフォーマンスの問題を解決することを目的としています。クラウド コンピューティングに仮想化テクノロジを追加すると、リソース管理の複雑さが簡素化され、リソースの使用率が向上します。利用者にとっては、インターネットを通じて必要なサービスをいつでも受けることができ、自由に利用して必要に応じて支払うことができます。重要な仮想化技術の 1 つであるストレージ仮想化技術は、特にデータのセキュリティと整合性に対する要件が高まっている時代に、急速に開発され、適用されてきました。ストレージシステムは特に重要になってきました。

3. ストレージ仮想化技術

ビッグデータ時代の到来とともに、データストレージの需要が急速に高まり、ストレージ技術は業界からますます注目を集めるようになり、ますます多くの企業がデータストレージを重要なプロジェクトとして管理するようになり、ストレージ管理技術の急速な発展をもたらしました。しかし、ストレージ デバイスの多様性により、これらのデバイスを効率的に管理することが困難になっています。仮想化はストレージ管理にとって有望なソリューションです。ストレージ仮想化テクノロジーは、ストレージ デバイスの管理効率、さまざまな種類のストレージ リソースの統合、異機種ストレージ システムの互換性、スケーラビリティ、信頼性、フォールト トレランス、災害耐性などの問題を解決します。

SNIA (Storage Networking Industry Association) は、ストレージ仮想化を次のように定義しています: ストレージ (サブ) システムまたはストレージ サービスの内部機能を抽象化、非表示、または分離することにより、ストレージまたはデータ管理アプリケーション、サーバー、およびネットワーク リソースの管理が分離され、アプリケーションとネットワークの独立した管理が実現されます。

ストレージ仮想化技術は、コンピュータ仮想化技術の重要な構成要素です。そのアイデアは、リソースの論理イメージを物理ストレージから分離し、システムと管理者にリソースの簡素化されたシームレスな仮想ビューを提供することです。ユーザーにとって、仮想化されたストレージ リソースは巨大な「ストレージ プール」のようなものです。特定のディスクは見えず、データがどの特定のストレージ デバイスに保存されているかは気にしません。ストレージ仮想化テクノロジには、動的な適応性を向上させる機能があります。ストレージリソースを大容量のリソースプールに集中化することで、アプリケーションを中断することなくストレージシステムの変更やデータの移動が可能になり、ストレージシステムの一元的な統合管理が可能になります。

ストレージ仮想化は、ホストベースの仮想化、ストレージ デバイスベースの仮想化、ネットワークベースの仮想化の 3 つのレベルで実装できます。実装方法には、インバンド仮想化とアウトオブバンド仮想化の 2 つがあります。達成された結果は、ブロック仮想化、ディスク仮想化、テープ、テープ ドライブ、テープ ライブラリ仮想化、ファイル システム仮想化、およびファイル/レコード仮想化です。図 1 はストレージ仮想化実装モデルを示しています。

図1 ストレージ仮想化実装モデル

（１）ホストベースのストレージ仮想化

ホストベースのストレージ仮想化は、通常、オペレーティング システムの論理ボリューム管理ソフトウェアによって実行されますが、異なるオペレーティング システムの論理ボリューム管理ソフトウェアも異なります。この実装方法により、サーバーのストレージ スペースを複数の異種ディスク アレイにまたがって配置することができ、異なるディスク アレイ間のデータ ミラーリング保護によく使用されます。しかし、欠点もあります。まず、ホスト リソースを占有し、アプリケーションのパフォーマンスが低下します。 2 つ目は、オペレーティング システムとアプリケーションの間に互換性の問題があることです。 3 つ目は、ホストのアップグレード、メンテナンス、拡張が非常に複雑になり、システムの不安定化が起こりやすくなることです。 4 番目に、複雑なデータ移行プロセスが必要となり、ビジネスの継続性に影響を及ぼします。

（２）ストレージデバイスに基づくストレージ仮想化

ストレージデバイスをベースとしたストレージ仮想化は、ストレージコントローラに仮想化機能を追加するものであり、中～ハイエンドのストレージデバイスでは一般的です。その目的は、ユーザー アプリケーションを最適化することです。ユーザーのさまざまなストレージ システムを単一のプラットフォームに統合し、データ管理の問題を解決し、階層型ストレージを通じて情報ライフサイクル管理を実現し、アプリケーション環境をさらに最適化します。このテクノロジーは、主に同じストレージ デバイス内でデータ保護とデータ移行のために使用されます。ホストから独立しており、ホストのリソースを占有せず、豊富なデータ管理機能を備えているのが利点です。しかし、欠点もあります。まず、一般的にはデバイス内のディスクの仮想化しか実現できません。第二に、異なるメーカーのデータ管理機能は相互運用できません。 3 つ目は、複数のストレージ デバイス セットを複数のデータ管理ソフトウェア セットで構成する必要があり、コストがかかることです。

（３）ネットワークベースのストレージ仮想化

ネットワークベースのストレージ仮想化は、ストレージ エリア ネットワーク (SAN) に仮想化エンジンを追加することによって実現されます。主に異機種ストレージシステムの統合と統合データ管理に使用されます。その利点は、まず、ホストから独立しており、ホストのリソースを占有しないことです。 2 つ目は、異機種ホストと異機種ストレージ デバイスをサポートできることです。 3つ目は、異なるストレージデバイスのデータ管理機能を統合できることです。 4番目に、優れたスケーラビリティを備えた統合管理プラットフォームを構築できます。しかし、欠点もあります。まず、一部のメーカーのデータ管理機能が弱いため、仮想化における統合データ管理の目標を達成することが困難です。 2 つ目は、一部のメーカーの製品の成熟度が低く、異なるストレージやホストとの互換性の問題が依然として残っていることです。

多くの人々は、仮想化がホストベース、ネットワークベース、またはストレージベースのいずれの場所に展開されるかについて懸念しています。もちろん、これらすべてのオプションにはそれぞれ長所と短所があります。最も重要なことは、ストレージ仮想化によって異機種のストレージ システムを統合し、これらのシステムを共通のストレージ プールに統合して、まとめて管理および保護できるようにすることです。ストレージ仮想化の目標は、企業やユーザーがさまざまなメーカーのストレージ アレイを選択できるようにし、動的な構成や動的なデータ移行などのさまざまなエンタープライズ レベルの機能を提供することです。企業ユーザーがストレージ仮想化テクノロジを適用する場合、いくつかの作業を行う必要があります。まず、企業のストレージ仮想化戦略を計画します。第二に、企業のビジネスデータを合理的に分類し、計画する。 3番目に、データのライフサイクルを理解する。 4番目に、ストレージ階層とサービス レベルを計画します。 5 番目に、セキュリティと互換性の問題を考慮します。ストレージ仮想化のメリットを最大限に活用して、リソースをより効率的に節約し、管理を簡素化します。

4. ストレージ仮想化技術の応用

仮想化技術はストレージ分野で広く利用されてきました。さまざまなストレージ デバイス メーカーも独自の仮想化ストレージ製品を発売しています。ストレージ仮想化技術は、さまざまな業界で広く使用され始めています。これらのアプリケーションには、データ センター、通信業界、銀行、証券、保険業界、政府情報システムなどが含まれます。

ストレージ技術は発展し続け、ユーザーのデータ需要は増加していますが、ストレージ仮想化はまだ十分に普及していません。主な理由はデータセキュリティに関する懸念です。 2 つ目は、我が国の中小企業の膨大な需要を無視していることです。 3つ目は価格の問題です。多くの中小企業では、ストレージ仮想化テクノロジー ソリューションを導入するコストが、従来のストレージ管理コストよりも高くなる可能性があります。しかし、近い将来、直面している困難を克服した後、仮想ストレージ技術はより広く使用され、それによって企業とユーザーのストレージシステムの効率が効果的に向上し、システムの安全で安定した運用が確保され、総所有コストが削減され、投資収益率が向上すると信じています。

5. 結論

ストレージ仮想化技術は大きく進歩しましたが、企業やユーザーにとって完璧ではありません。エンタープライズ ストレージ管理者は、既存のストレージ リソース、ストレージ テクノロジ、およびストレージ仮想化を関連付ける必要があります。リソースをより有効に活用し、コストを節約し、ストレージ管理を簡素化するために、企業に最適なストレージ戦略を見つけることが最も重要です。

ビッグデータのクラウドコンピューティング環境では、データがどこに保存されるのか、誰がデータにアクセスできるのか、データが安全なのかといった問題が人々に考えられ、データセキュリティが特に重要になっています。仮想ストレージでは、データはアクセス権、データのバックアップ、破壊などのリスクに直面する可能性があります。これは、クラウド コンピューティング アプリケーションでさらに対処する必要があるストレージ セキュリティの問題です。