仮想化(4):ストレージ仮想化

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ストレージ仮想化とは

ストレージ仮想化は簡単に言えば、複数のストレージをひとつのリソースプールとして活用できるようにする技術です。一口にそうはいっても、実際にはアプローチの仕方で、複数台を取りまとめ、それを1つのように利用するスケール・アウト型や1台の規模を大きくし、それを分割して利用するスケール・アップ型に分けることができ、さらに仮想化技術の違いによってブロック・レベルの仮想化とファイル・レベルの仮想化に分類できます。

ブロック・レベルの仮想化とは、ハードウェア特性の違いを吸収する仮想化でディスクの共通化・共有化をするものです。ブロック・レベルの仮想化は、「ストレージのボリュームの仮想化」といい換えることも可能です。データはストレージを構成するディスクドライブ上の「ブロック」として書き込まれ、データの物理的な位置になります。そうしたブロックの集合体がボリュームで、コンピュータはボリュームによってデータの物理的な位置を知り、読み書きを行います。

ファイル・レベルの仮想化はファイルシステムの違いを吸収する仮想化でファイルの共通化・共用化をするものです。「ファイルシステムの仮想化」といい換えることもできます。複数のサーバが、異なるOSであっても同一のファイルシステムを介して単一のボリュームを共用することができます。

さらにストレージの仮想化は、実装方法によって、In Band方式とOut of Band方式に分類でき、実装場所がサーバー内部、ホスト・バス・アダプターカード、ストレージ・ネットワーク、制御装置内などでよっても分類されます。

ブロック・レベルの仮想化とファイル・レベルの仮想化には全く違う技術が使われますし、サーバー内部に実装される技術もあれば、ネットワーク上に実装される技術もあり、ストレージ仮想化は、多くの選択肢が複雑に絡み合っていていると言えます。

ストレージ仮想化の必要性とメリット

企業の活動によって蓄積され、活用されるデータは日々増加し、そのデータも多種多様なものになっていきます。とくに近年、ストレージを圧迫する非構造化データ(画像や動画)が増えています。さらに、コンプライアンスへの対応からデータの長期保存も求められています。そうしたとき、ビジネスの進展によるリソースの拡張の必要性が生じたら、あまりコストをかけずに柔軟にデータ量の増加に対応したいわけですが、従来のようなDAS(※1)によるストレージ接続形態では対応が難しく、運用面においてもコストがかかってしまいます。

また、データの移行(データマイグレーション:data migration)が必要になったとき、従来ならば、ストレージ装置の切り替えにはシステムを止め、さらに設定情報書き換えるなどの作業が必要でした。

しかし、複数のストレージを仮想的に統合して1つのストレージプールを構成することで、状況に応じて必要な容量を切り出したり、戻したりするストレージ仮想化(ストレージプールを構成する技術)導入することで、企業活動に伴うデータ量や運用に伴う負荷の増大に、多くのコストをかけず柔軟に対応することができます。前述のデータの移行においてもシステムを止める必要はなく、これだけでも企業にとって大きな魅力と言えます。

(※1)DAS(Direct Attached Storage )は、1台のサーバなどに直接接続する形態のことです。増設は容易ですが、複数のサーバでストレージを共有することができません。これに対してNAS ( Network Attached Storage ) というネットワークを介して接続する形態があります。NASは「ハードディスク、LANインターフェース、簡易OS」などで構成されるファイルサーバ専用機で、LAN接続型ハードディスクということもあります。

今述べたメリットをまとめると

① ストレージの利用効率の向上

複数のストレージを仮想化して巨大なストレージプールを構成することで、最適な配分が可能。異なるベンダーの製品を一つに統合することも可能。

② 運用負荷の軽減

データの移行(データマイグレーション)無停止で実行でき、バックアップやリストアも一括した運用が可能

③ グリーンITの実現

ストレージ台数の集約によって発熱量や冷却設備に必要となる電力が抑えられる。

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(NEC http://www.nesic.co.jp/solution/virtual/ansymphony-v.html より)

ストレージ仮想化の技術

ボリューム容量の仮想化

ストレージ仮想化の代表的な技術です。複数のストレージをひとつにまとめ複数サーバーで共用し、必要な容量だけを割り当てることで使用効率を高めるのがボリュームの仮想化です。実際のストレージ装置の物理容量を気にすることなく任意の仮想ボリューム容量をサーバに割り当てるわけですが、シンプロビジョニングという機能を使うと、物理ストレージの容量を超えてす仮想ディスクを割り当てることができます。この機能を使うとストレージの容量を増やしてもサーバーやアプリケーションへの設定変更が不要になります。また、重複排除という機能を使えば、ファイル(データ)の重複している部分を削減してテータ容量を削減しながら、ユーザーにはこれまでのように複数のファイルが存在するように見せかけてストレージの使用効率を高めることができます。

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(ITmedia http://blogs.itmedia.co.jp/itsolutionjuku/2015/05/post_78.html より)

ファイルシステム(※2)の仮想化

先に述べたように、1つのストレージ領域を複数のサーバやアプリケーションから共有する技術で、ブロックの仮想化よりも上位レイヤで使われる技術です。ファイルシステムの仮想化では、そのボリューム上に作られるファイルシステムが仮想化の対象になります。

複数のファイルシステムを仮想化技術を使って1つのファイルシステムに統合することで、各ユーザはグローバルネームスペース(※3)から自分のファイルにアクセスできるようになります。

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資料:F5ネットワークスジャパン

 

(※2)仮想化対象がファイルシステムであるかファイルであるかによって「ファイルシステムの仮想化」と「ファイルの仮想化」に分類して使う場合と、両者が同じ意味で使われる場合とあるようです。

(※3)グローバルネームスペースとは、物理的に分散したディスクに保管されているデータに対し、クライアント側からは単一のファイルシステム上にあるかのように見せる仮想レイヤによって、データの物理的な位置を意識することなくシンプルにアクセスを可能にする仕組みです。個々のファイルやディレクトリへのパス名は通常、ストレージ装置ごとに別々に管理されています。これを単一のグローバルなネームスペースとして、論理的なパス名を使って統合するのがグローバルネームスペースです。これにより、複数のストレージ装置に存在するファイル群が、単一のファイルシステムに存在するものとして扱えるようになります。

ストレージ階層の仮想化

アクセス頻度に応じて、データを自動的に性能の異なるディスクに割り当て、ディスクを効率よく運用するのがストレージ階層仮想化です。I/O処理を監視して使用頻度を特定し、その上でデータブロックを最適なストレージ装置の階層に動的に移動します。

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(日立http://www.hitachi-solutions-west.co.jp/products/hard_soft_network/storage/img05.html より)

ストレージ仮想化の提供形態

ストレージ仮想化には次の3つがあります。

① ソフトウェア

 サーバにストレージ仮想化ソフトウェアをインストールする方法で、既存のストレージ構成のままストレージ仮想化を導入できます。導入コストを抑えられるメリットがありますが、障害が発生した場合、ソフトウェアとハードウェアの切り分けが必要となります。

② アプライアンス

ストレージ仮想化機能をもつストレージコントローラ(アプライアンス)を導入する方法です。障害が発生してもソフトウェアとハードウェアの切り分けを行う必要がありません。しかし事前の性能設計が必要となります。

③ 仮想化対応ストレージ装置

ストレージ仮想化機能を搭載したストレージ装置を導入する方法です。専門家が設計から構築・運用をサポートし、さらに遠隔保守機能をサポートしているベンダであれば障害への対応も迅速であり、信頼性の高い予防保守を受けることができます。

 

⇐ 仮想化(3)デスクトップ仮想化とアプリケーション仮想化

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