ブロック・ストレージとは？

ブロック・ストレージは、情報をブロックと呼ばれる固定サイズの単位に分割し、それぞれに一意の識別子を割り当てるデータ・ストレージ方式です。SAN、iSCSI、ローカル・ディスク環境で一般的に使用される各ブロックは、スタンドアロンのストレージ・ボリュームとして機能します。

業界調査では、2025 年から 2035 年の間に、グローバルなアクティブ・データセンターの容量が 6 倍に増加すると予測されています。データベース、仮想マシン、トランザクション処理に依存するアプリケーションには、ミリ秒単位ではなくマイクロ秒単位で応答するストレージが必要です。従来のファイルベースのアプローチでは、スケール時の性能を低下させるオーバーヘッドが発生することがよくあります。

ブロック・ストレージは、これらの要求に正面から対応します。このデータ・ストレージ方式は、情報をブロックと呼ばれる固定サイズの単位に分割し、それぞれに一意の識別子を割り当てます。ファイル・ストレージは、階層ディレクトリにデータを整理します。オブジェクト・ストレージは、豊富なメタデータでデータをパッケージします。ブロック・ストレージは、未加工データや最小アドレス以外の全てを取り除きます。その結果、高速性に最適化されたリーンで高性能なアーキテクチャが実現します。

各ブロックは独立したストレージ・ボリュームとして機能するため、OS はローカルに接続されたハード・ドライブと同様に処理します。これにより、ブロック・ストレージは、ストレージ・エリア・ネットワーク（SAN）、クラウド・コンピューティング・インスタンス、低レイテンシーと高スループットが交渉不可能なワークロードの基盤となります。

ブロック・ストレージの仕組み

ブロック・ストレージでは、各ブロックに特定の量のデータが含まれています。通常は 256 KB～4 MB です。各ブロックは、特定の階層順序で整理されていないファイルの一部を表します。実際、隣接するブロックの横に置かれたブロック上のデータは、互いに完全に無関係である可能性があります。

各ブロックには固有の識別子、すなわち論理ブロック・アドレス（LBA）があり、他のブロックと区別します。ファイルを取得する必要がある場合は、アプリケーションが要求を送信し、ストレージ・システムは、各ブロックのアドレスを物理的な場所にマッピングするルックアップ・テーブルを参照します。関連するブロックは、複数のデバイスにわたって配置され、正しい順序で再組み立てされます。プロセス全体がアプリケーションに対して透過的です。

識別子の他に、ブロックにはメタデータが含まれていません。メタデータがないため、ブロックのストレージ容量のほとんどが実際のデータを保存するため、ブロック・ストレージは非常に効率的です。無駄なスペースはありません。これにより、ブロック・ストレージは、迅速なスケールアップと高速な読み取り／書き込み性能を必要とするワークロードに最適です。

ストレージ・プロトコル

ブロック・ストレージ・デバイスは、複数のプロトコルを介してサーバーと通信します。

• ファイバー・チャネル(FC)：最大 128 Gbps のスループットを実現する高速な専用ファブリック・プロトコル。FC は、性能と信頼性が最優先されるミッションクリティカルな SAN 環境の標準です。
• iSCSI：TCP/IP パケットに SCSI コマンドをカプセル化し、標準的なイーサネット・ネットワークを介したブロック・ストレージ・アクセスを可能にします。FC よりも手頃な価格で、10/25/100 GbE オプションにより性能のギャップを埋めます。
• NVMe over Fabrics（NVMe-oF）：NVMe の低レイテンシ―、高キュー深度のアーキテクチャをネットワーク・ファブリック全体に拡張し、共有ストレージのローカルに近い性能を提供します。
• Fibre Channel over Ethernet（FCoE）：FC とイーサネットのトラフィックを単一のネットワークに統合し、インフラの複雑さを軽減しながら、FC レベルの信頼性を維持します。

ブロック・ストレージ、ファイル・ストレージ、オブジェクト・ストレージの比較

ブロック・ストレージは、アプリケーションが予測可能な性能でストレージ・ボリュームに直接的かつ低レベルでアクセスする必要がある環境に最適です。ファイル・ストレージは、共有コラボレーション・ワークフローに適しています。オブジェクト・ストレージは、大規模な非構造化データの頼りになる場所です。メディア・アーカイブ、バックアップ、AI トレーニング・データセットなどが考えられます。

多くの企業がこの 3 つを使用しています。一般的な環境では、データベースをブロック・ストレージ上で実行し、NAS を介してプロジェクト・ファイルを共有し、コールド・データをオブジェクト・ストアにアーカイブすることができます。

ブロック・ストレージの例

OS で直接使用され、ボリュームとして利用可能なブロック・ストレージは、さまざまなタスクを実行できます。実際、ブロック・ストレージは、ほとんどのアプリケーションで最も人気のあるタイプのストレージです。

ブロック・ストレージの一般的なユースケースには、次のようなものがあります。

• データベース・ストレージ：データベースには通常、多くのテーブルが含まれており、それら自体がデータのコレクションです。ブロック・ファイルを使用してこのデータを保存すると、データ・アクセスが高速化されるため、理想的です。データベースにはスピードが不可欠であるため、データをブロックに整理するのが最適なソリューションです。
• ディザスタ・リカバリ：災害が発生した場合は、バックアップからデータをリストアする必要があります。多くの場合、ブロック・ストレージを使用してデータのブロック・レベルのバックアップを作成します。これにより、個々のファイルのリストアに時間がかかることなく、データを迅速かつ容易にリストアできます。
• ミッションクリティカルなアプリケーション：Oracle、Microsoft Exchange、SAP、Microsoft SharePoint などのミッションクリティカルなアプリケーションには、高可用性と信頼性が必要です。ブロック・ストレージを使用すると、ブロック・ストレージの高速な読み取り／書き込み性能により、これらのアプリケーションを常に利用できます。

ブロック・ストレージのメリット

他のテクノロジーと同様に、ブロック・ストレージには長所と短所があります。ブロック・ストレージの利点は明らかです。高性能で高速なデータ・アクセスに最適です。

ブロック・ストレージを使用する主なメリットは次のとおりです。

• 低レイテンシ―、高 IOPS：最新のオールフラッシュ・ブロック・ストレージ・アレイは、150 マイクロ秒未満の応答時間を提供し、数百万 IOPS を維持できます。これは、金融取引プラットフォーム、リアルタイム分析、医療電子カルテなどの遅延に敏感なアプリケーションに不可欠です。
• 段階的な変更が可能：ブロック・ストレージでは、従来のファイル・システムと同様に、現在のデータを全て削除することなくファイルを変更することができます。例えば、ブロックを置き換え、削除、挿入することで変更を行うことができます。これにより、データベースで使用されるファイルなど、頻繁に更新されるファイルに最適です。
• OS の独立性：ブロック・ボリュームは、NTFS、ext4、XFS、ZFS などのファイル・システムでフォーマットできるため、ブロック・ストレージは Windows、Linux、その他の環境に同時に対応できます。
• 高可用性：ブロック・ストレージ・システムでは、RAID アレイ、同期レプリケーション、アクティブ - アクティブ・クラスタリングが一般的に使用され、単一障害点を排除し、ハードウェア障害時の稼働時間を維持します。

ブロック・ストレージの欠点

もちろん、ブロック・ストレージには欠点もあります。他の形態のストレージよりも高価であることは間違いなく、全ワークロードに最適なソリューションではないかもしれません。

ブロック・ストレージには次のような欠点があります。

• 高コスト：ブロック・ストレージ・インフラ、特に Fibre Channel SAN には、HBA、FC スイッチ、専用ケーブルなどの特殊なハードウェアが必要です。また、クラウド・ブロック・ストレージは、オブジェクトやファイルに代わるものよりも、GB あたりのコストが高い傾向があります。ブロック・ストレージは、他のストレージよりも高価です。例えば、SAN は購入や保守にコストがかかる場合があります。
• 管理の複雑さ：SAN、LUN マスキング、ゾーニング、マルチパス I/O の構成と保守には、専門的なスキルが必要です。専用のストレージ管理者を持たない組織は、運用オーバーヘッドが大きくなることがあります。
• メタデータの制限：ブロック・ストレージのメタデータは最小限であるため、ストレージ・レイヤーでデータを検索または分類することが困難です。アプリケーションはメタデータ管理を個別に処理する必要があります。
• 非構造化データのスケーラビリティの上限：ブロック・ストレージは、構造化ワークロードに適したスケーラビリティを提供します。しかし、ペタバイト規模の管理は困難になります。オブジェクト・ストレージは、大規模な非構造化データ・セットに対して、通常、コスト効率に優れています。

導入のベストプラクティス

ブロック・ストレージを効果的に展開するには、性能、可用性、成長に関する計画が必要です。

1. ワークロード要件を最初に評価：各アプリケーションの I/O プロファイルをマッピングします。ランダム、シーケンシャル、読み出し多量、書き込み多量、遅延に対する感度の比較が可能です。これにより、FC、iSCSI、NVMe-oF 接続が妥当かどうかが決まります。
2. 最初から冗長性を重視した設計：RAID 保護、マルチパス I/O、デュアルファブリック SAN 構成を実装します。ビジネスクリティカルなワークロードには、サイト間のアクティブ - アクティブ・レプリケーションを検討してください。
3. ボリュームのサイズを適正に調整：オーバープロビジョニングは、容量と予算を無駄にします。プロビジョニングが不足するとボトルネックが発生します。シンプロビジョニングとデータ削減（重複排除と圧縮）を備えた最新のプラットフォームは、実効容量の最適化に役立ちます。
4. 階層型ストレージで成長を計画：高性能が求められるワークロードは NVMe フラッシュに、優先度の低いデータは容量重視のストレージ・メディアに階層化して配置します。
5. 可能な限り自動化：ストレージ管理 API、インフラ・アズ・コード・ツール、AIOps プラットフォームを使用して、手動構成を削減し、プロビジョニングを加速します。

ブロック・ストレージの未来

ブロック・ストレージは、サポートするワークロードとともに進化し続けています。短期的な軌跡を形作る傾向がいくつかあります。

• NVMe-oF の導入は加速しています。データセンターが 25/100/400 GbE ファブリックにアップグレードするにつれ、NVMe over Fabrics は従来のプロトコルを新しい展開に置き換え、ネットワーク経由でもローカル NVMe に近い性能を提供します。
• 統合ストレージ・プラットフォームは、境界線を曖昧にしています。最新のアレイは、ブロック、ファイル、オブジェクトのストレージを単一のプラットフォームから提供し、個別のサイロを管理する必要がなくなりました。
• ストレージ・アズ・ア・サービス・モデルは、ますます進化しています。オンプレミスのブロック・ストレージの従量課金制は、多額の設備投資を排除し、実際の使用量にあわせてコストを調整します。

Everpure の活用方法

データが日々ますます重要になってきていることは明らかです。しかし、従来のストレージ・ソリューションではもはやそれに対応できません。それらは遅く信頼性がないだけでなく、高価になることもあります。

Everpure はより良い方法を提供します。FlashArray//C、FlashArray//X、FlashArray//XL などのオールフラッシュ・ブロック・ストレージ製品は、性能、シンプルさ、信頼性を重視して設計されています。

オール・フラッシュ・アレイ（AFA）には、回転ディスク・ドライブの代わりにフラッシュ・メモリ・ドライブのみが含まれており、以下を提供します。

• スピード：メモリの読み取り／書き込みとアクセスの時間を短縮することで、性能と速度が向上します。
• 移行性：ソリッドステート・ドライブ（SSD）は、従来のハードディスク・ドライブ（HDD）よりも著しく小さいため、フラッシュ・メモリは容量あたりのスペースに優位性があります。
• 耐久性：SSD は、回転するディスク・ドライブよりも衝撃や落下に対する脆弱性が低くなります。

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