仮想化と分散：クラウドストレージの方法と将来の動向

ストレージ リソースを仮想化するという概念は古いものです。当初、クラウド ストレージは、ストレージの低コスト、スケーラビリティ、リソース プーリングの問題を解決し、いわゆるオンデマンド アクセスを実現するために設計されました。関連する技術には、仮想化や分散だけでなく、ネットワークや負荷分散なども含まれます。広義では、このデータストレージサービス（DaaS）の運用形態は、仮想化ストレージと分散ストレージに大別できます。前者はクラウドストレージが今日の地位に到達するための必然的な手段であり、後者はクラウドストレージの将来の傾向です。

SAN や NAS などの従来のストレージ ソリューションでは、容量とパフォーマンスに対する高い同時要求を満たすことができません。統合されたコンポーネントとインターフェースにより動的な拡張機能が制限され、DaaS の主な利点であるオンデマンド サービスの提供が困難になります。簡単に言えば、クラウド ストレージはストレージの仮想化 + 自動化であり、ネットワークはその中で不可欠な役割を果たします。実装プロセス中に、データ ブロック、ディスク、テープ ライブラリ、ファイル システムなどをすべて仮想化できます。

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ネットワークはクラウド ストレージにとって重要ですが、ストレージ仮想化の機能の 1 つにすぎません。ストレージ仮想化は、システム アーキテクチャのすべてのレベルで実装でき、ネットワーク層では異機種ディスク アレイにまたがって実装できるため、データ センター内に大規模なリソース プールを構築するのと同等です。プーリング中の異種管理では、ストレージの標準化を確実にする必要があることに注意してください。マルチクラウド、マルチテナント環境では、各社が同じ仕様を採用して初めて統一した通話が可能となるためです。

クラウド ストレージの基盤として、仮想化ストレージの本質は、物理ストレージから論理ストレージへの変換を実現することです。物理メディアとサーバーの間では、仮想化オブジェクトは上記のネットワークである場合もあれば、ホストまたはストレージ デバイスである場合もあります。もちろん、これらの方法にはそれぞれ長所と短所があります。たとえば、ホスト層での仮想化により展開が容易になりますが、ストレージ関連のソフトウェアは同じホスト上で実行する必要があります。不正な管理はコアデータのセキュリティリスクを高め、ストレージデバイスに機能を集中させるとストレージコントローラーのリソースが過剰に消費されます。

仮想ディスクを例にとると、一般的なサーバー拡張ストレージ ソリューションには、DAS、SAN、NAS などがあります。仮想化環境では、まず物理リソースを仮想ディスクに分割し、次に「仮想マシン マネージャー」が複数の仮想化にストレージ領域を割り当てます。物理的な観点から見ると、仮想マシンに直接接続された DAS では必要なディスク数を満たすことができません。仮想化の観点から見ると、論理ユニットは大規模な仮想マシン操作をサポートすることもできません。クラウド環境の仮想マシンはいつでも作成、破棄、共有する必要があることを考慮すると、従来のストレージ拡張方法は適用できません。

x86 システムのパフォーマンスが向上し続けると、これをベースに大規模なストレージ クラスターを構築できるようになります。実際、分散ストレージはクラウド コンピューティングよりずっと前に登場し、クラウド時代に新たな姿を呈しています。分散ファイルシステムを利用すると、弾力性のあるストレージリソースを提供できるだけでなく、アプリケーションの要件に応じてさまざまなインターフェースを提供することもできます。たとえば、分散オブジェクト ストレージの http インターフェイスを使用すると、ユーザーはファイルの保存場所やファイルが失われるかどうかを心配する必要がなくなります。 AWS の S3 には多層検証メカニズムがあります。

オブジェクト ストレージ、ブロック ストレージ、ファイル ストレージは、分散ストレージの 3 つの主要ツールです。インターフェースが異なるため、さまざまなビジネス モデルに適用できます。ブロックストレージはホストに直接マウントすることができ、ディスク領域の特定のアドレスを直接読み書きすることでデータにアクセスできます。リソース検索効率は比較的高いです。一部の大規模データベースでは、この展開が採用されることが多いです。ファイル ストレージは通常、アプリケーション層で使用され、TCP/IP プロトコルを介してアクセスされます。ユーザーはファイル専用のスクリプトを記述する必要があるため、ブロック ストレージよりもレイテンシが高くなります。 NAS 仮想化は非構造化データの処理に使用できます。オブジェクト ストレージは、高速性、共有性、インテリジェンスを考慮し、強力なパッケージ配信および拡張機能を備えたコンテナー テクノロジを導入することで、両方の利点を備えています。

もちろん、導入コストや特定のシナリオを考慮すると、オブジェクト ストレージはブロック ストレージやファイル ストレージを完全に置き換えることはできません。たとえば、データベースを RAW ディスクに直接マッピングする必要がある場合がありますが、これはブロック ストレージ ソリューションの方が適しています。さらに、データ量に対するストレージ要件が高くなく、単にデータを共有したいだけの場合は、ファイル ストレージで要件を満たすことができます。いずれにせよ、分散ストレージは従来の仮想化ストレージ ソリューションよりも柔軟性が高く、用途の範囲が広くなります。

今日、ストレージ ソリューションは従来のアーキテクチャからクラウド アーキテクチャへと進化しています。ビジネスを展開する場合、企業顧客はビジネスの実際のニーズとデータ構造および規模の特性に基づいて、対応するストレージ ソリューションを選択する必要があります。無謀に新しいアーキテクチャを全面的に置き換えることはすべきではありません。そうすると追加コストが増大します。しかし、長期的には、クラスター アーキテクチャによって実現される水平拡張機能を備えた x86 ベースの分散ストレージが、クラウド ストレージ分野の主役になるでしょう。