Storage Magazine翻訳記事

NASシステムの管理

著者Marc Staimer
Storage Magazine 2010年2月号より


ファイルストレージがまるで雑草のように繁殖する中、データストレージ組織は複数の異なるNASシステムの管理に手を焼いている。しかしいくつかの技術で、NASの増殖に対抗することができる。

2008年末、マサチューセッツ州フレーミングハムを本拠とする調査会社IDCが、ネットワーク接続型ストレージ(NAS)システムまたはファイラーに保存されているデータの量が史上初めてストレージエリアネットワーク(SAN)ストレージ内のデータ量を上回ったと報告した。さらに、IDCのその後の予測では、この傾向がいっそう加速すると見込まれている。ファイルの数が増えているだけでなく、サイズも大きくなっている。

このような状況は当然、NASシステムのインストール数が増えていることを意味する。NASシステムを追加するというのは、ファイル増大への反応として理解できる行動だ。NASシステムは通常、必要なものがすべて備わっており、事前構成済みであるため、迅速にインストール可能で、実装、運用、管理、使用も容易だからだ。しかし大半の従来型NASシステムはサイロ型でもあるため、NASが増殖することになる。NASが増殖するとどうなるかは、よく聞かれる次のような決まり文句で言い表すことができる。「1個目のNASファイラーは大いに気に入った。2個目も実に良かった。しかし10個目では頭をかきむしりたい気持ちになった」

NAS増殖による問題発生の5パターン
NASの増殖によって発生するIT上の課題は、主に5つ挙げることができる(重大なものに限ればということであり、そのほかにも課題はある)。それらの課題はいずれも、データストレージ管理者が一定時間内に完了できるタスクの数が限られていることによってさらに複雑化する。そしていずれも非常に難易度の高い課題だ。

1. システム管理:NASの管理はSANストレージの管理に比べればはるかに単純ではあるが、それでもある程度の注意、手間、時間が必要だ。

2. クライアントとアプリケーションによるデータアクセスの管理:NASシステムは、アクセスを必要とするそれぞれのサーバとワークステーションのすべてにマウントする必要がある。マウントはアプリケーションを停止させるため、サーバアプリケーションのダウンタイムを事前に計画する必要がある。NASシステムの数が多ければそれだけマウントの回数が増えるため、計画するダウンタイムも増えることになる。

3. ファイルの場所:ファイルの格納場所についてのポリシーは、パフォーマンス、アクセスのしやすさ、経過時間、アクセス頻度、ストレージコスト、可用性、データ保護などの要素に基づいて設定しなければならない。ポリシー設定自体は容易だが、実際にファイルを適切なNASシステムに移動する作業は、時間のかかる手動でのデータ移行プロセスとなる。またその作業は継続的に発生する。移行が完了したら、元のアプリケーションの参照先を適切なNASシステムに設定し直さなければならない。この作業はNASシステムが少数であればさほど大変ではないが、NASシステムの数が増えるにつれて倍増していく。

4. NASの負荷分散:負荷分散は、使用率を向上させる、またはアプリケーションのパフォーマンス要件を満たすために必要となる。負荷分散のセットアップと管理も、手動のプロセスであるため、複数のNASボックスが同一の構成だったとしても、特に時間をとられる作業となる。

5. ファイルの保護、レプリケーション、バックアップ:NASシステムによって、スナップショット、継続的データ保護(CDP)、ミラーリング、レプリケーションの手法は異なる。主要なバックアップベンダの製品ではWindows Volume Shadow Copy Service(VSS)、VMware、Citrix Systems Inc.のXenServerなどのように統合性の高いものもあるが、そうでないものもある。そのため、より多くの時間、トレーニング、経験が必要となるタスクが多い。同一のNASシステムでも、データ保護の設定、運用および管理にはそれぞれ別々のタッチポイントが必要となる。

このような課題は、NASの増殖が進むにつれて、より難しく、より時間がかかるものになり、またエラーも起こりやすくなる。

NAS増殖への対応に役立つ技術
業界はそのような現状に気付き、ありのままの事実を認識した。そして現在、それぞれまったく異なる方法によってではあるが、その課題の一部または全部を解決することを意図した4つの技術が利用可能となっている。その4つの技術とは、MicrosoftのCIFS向け分散ファイルシステム(DFS)やLinux/UnixのNFS向け自動マウント機能などのオペレーティングシステム内蔵技術、ファイル仮想化システム、クラスタ化されたNASシステム、およびプライベートクラウド/グリッドストレージだ。これらの技術を簡単に分析し、それぞれが前述の課題の解決に役立つ点とそうでない点を明らかにする。

1. オペレーティングシステム内蔵技術
Microsoftの分散ファイルシステム(DFSは、MicrosoftのWindows 2003および2008サーバオペレーティングシステムの内蔵技術だ。DFSは、中小規模企業(SMB)のWindows単独環境(CIFS)市場向けに開発された。DFS名前空間では、複数のファイルサーバの共有フォルダを、1つまたは複数の論理名前空間にグループ化できる。ユーザはその名前空間を1つの共有フォルダとして認識し、自動的に利用可能な同じActive Directoryドメインサービスサイト内の共有フォルダに接続される。そのため、LANまたはWANのルーティングが不要になる。DFSレプリケーションでは、ローカルファイルサーバ間またはWAN上のリモートNASシステム間でフォルダを自動同期することができる。

長所
Windows環境との統合が容易
Windows管理者が使い慣れている
初期費用総額が低い
複数のCIFS NASシステムのユーザアクセス、マウント/アンマウント、負荷分散、データ移行の課題、およびデータ保護の課題の一部が解決される

短所
Windowsに関する比較的高水準の専門知識が必要
異なるサーバ間のファイル同期が厳格でない(特に地理的に分散している場合)。リモートサイトのユーザが更新前のファイルにアクセスできてしまう
CIFSにのみ対応(NFSには非対応)
拡張性が限られており大量のファイルサーバ向けに拡張するようには設計されていない
ファイルレベルでのきめ細かな設定はできない
WindowsベースでないNASシステムには非対応
重複ファイルが大量に発生するためストレージ使用率が低くなる
パフォーマンス要件を満たすために、追加のハードウェアインフラストラクチャが必要な場合がある
複数NAS/ファイラーシステム管理の問題は解決されない。データ移行および多くのデータ保護の課題に対処していない

Linux/Unix自動マウント機能は、NFSユーザを想定している。自動マウント機能は、必要な時にネットワーク上の他のシステムからディレクトリのマウントとアンマウントを行う。自動マウント機能へのマウント指示は中央のマップから送られる。このマップとなるのはフラットファイル、NISマップ、またはLDAPディレクトリのセクションだ。自動マウント機能は、複数の静的NFSマウントを管理するよりもはるかに容易に使用できる。自動マウント機能の利点がすぐに実感できるのは、サービス障害が起きたときだ。リモートファイルサーバが利用不能になると、自動マウント機能がユーザに警告することなく単にタイムアウトしてディレクトリをアンマウントする。静的NFSでは、ファイルサーバが再度稼働し始めるまでマウントは停止してしまう。

長所
LinuxおよびUnix環境との統合が容易
追加のライセンス費用が不要
初期費用総額が低い
マウントされたサービスに障害が起きてもサーバが停止することがない
大半のNFS NASシステムに対応
複数NFS NASシステムのユーザとマウントの問題の多くが解決される

短所
LinuxまたはUnixに関するかなりの専門知識が必要
セットアップが容易でない
NFSにのみ対応
レプリケーション機能が内蔵されていない
Windows(CIFS)ベースのNASシステムには非対応
ファイルレベルでのきめ細かな設定はできない
複数NASシステム管理の多くの問題が解決されるわけではない

2. ファイル仮想化システム
ファイル仮想化システムでは、ファイルの物理的な場所と、そのファイルの表示が分離される。ファイル仮想化システムでは、ユーザやアプリケーションが単一のグローバル名前空間(GNS)のみを認識するため、ユーザやアプリケーションがファイルの格納場所を正確に知らなければならないという要件が実質的に解消される。ファイル仮想化により、実装形態に応じて、複数の同機種または異機種混在のNASシステムで透過的なファイルアクセス、負荷分散、データストレージの階層化、ファイル移行、さらにはスナップショットとレプリケーションが可能になる。

ファイル仮想化を実装すると通常、仮想ファイルが管理レイヤとして振る舞うことにより、MicrosoftのDFSまたはLinux/Unixの自動マウント機能が利用される。その結果、NASファイラーおよびファイルサーバの追加をDFS名前空間に自動的に反映できるとともに、複数の異なるNASシステムを共通管理できるようになる。F5 Network Inc.のARXファイル仮想化アプライアンスでは、利用可能なディスクスペースの監視も可能で、他の製品(Avere Systems Inc.のFXTシリーズ、およびEMC Corp.Celerra NSFASTの組み合わせ)では、ストレージの階層化が可能だ。

DFS名前空間とLinux/Unix自動マウント機能を利用するのに追加のソフトウェアは必要ない。ファイル仮想化技術に障害が発生しても、WindowsのファイルマップとLinux/Unixのマウントが影響を受けることはなく、ユーザとアプリケーションはそれらのファイルにアクセスできる。ファイル仮想化システムのすべてがDFSまたは自動マウント機能と連携するわけではなく、またそれらを必ずしも必要としないものもある。

ファイル仮想化製品には共有パスと分割パスという2つの種類がある。

共有パスのファイル仮想化システムは、コントロールとデータのパスを共有する。つまりNASへのすべての接続およびNASとの間のすべてのデータが仮想化システムを通過することになる。共有パスのファイル仮想化システムは、完全なプロキシとして振る舞い、パス内のファイルやパケットがリードライトされる前にすべてのファイルとパケットに接触する。

長所
ファイルの使用中でもリアルタイムでファイル移行が可能。ファイル仮想化システムがファイルの新しい物理的場所をグローバル名前空間に反映
直感的な操作
運用が容易
現在の投資を保護できる
古いNASまたはファイルシステムの透過的な撤去が可能
個々のファイルレベルでのきめ細かな設定が可能
異機種混在のNASまたはファイルサーバに対応。NASシステムのロックインが解消される
ファイルタイプ、作成日、最終アクセス日時などのファイルメタデータを使用してポリシーを定義可能

短所
ファイル仮想化システムを通過することによってレイテンシーが大きくなることがボトルネックとなり、応答時間とIOPSに影響する場合がある
単一点障害。ハードウェア停止障害が1か所で発生するとNASおよびファイルシステムへのすべてのアクセスが遮断される
共有パスのファイル仮想化システムのスループットによって、拡張性が制限される

分割パスのファイル仮想化システムは、コントロールとデータのパスを分離するため、NAS接続およびNASとの間のすべてのデータは仮想化システムを通過しない。分割パスのファイル仮想化は通常、LANスイッチに接続されたx86アプライアンスとして構成される。分割パスのファイル仮想化では、名前空間を管理して、パケットをインターセプトすることなくファイルを適切なNASまたはファイルシステムに送る。

長所
実装時にアプリケーション/ユーザのアクセスが停止しない
拡張性が高い
ファイル仮想化システムに障害が起きてもデータへのアクセスが遮断されない
NASおよびファイルシステムへの現在の投資を保護できる
古いNASまたはファイルシステムの透過的な撤去が可能
比較的容易にファイル移行が可能
名前空間にMicrosoft DFSを使用している場合、ユーザやアプリケーションがファイルにアクセスできるように名前空間設定が常に最新の状態に保たれる
異機種混在NASに対応
運用が容易

短所
ファイルを透過的に移行するには通常、アプリケーションサーバとワークステーション上にエージェントが必要。エージェントの管理と保守が必要となる
Windows(CIFS)中心であることが多く、NFSへの対応は限られている

共有パスのシステムと分割パスのシステムは通常、両方を兼ねることはできない。ただし、EMCのRainfinityは、基本的には分割パスのシステムであるが、ファイル移動の際には共有パスとして構成される。そのため、ファイル移行のための分割パスエージェントが不要となり、共有パスの拡張性、パフォーマンス、単一点障害の問題も解消される。

共有パスシステムには、Avere SystemsのFXTシリーズやF5 NetworkのARXシリーズ、EMCのRainfinity(データ移行実行時)などがある。分割パスシステムには、AutoVirt Inc.のAutoVirt 3.0やEMCのRainfinityなどがある。

ファイル仮想化システムは進化し続けており、NASの増殖に伴う諸問題の解決が進んできている。Avere SystemsのFXTでは、最高水準のパフォーマンスを必要とする最もアクティブなファイルを、ソリッドステートディスクと15,000 rpmのSASドライブを搭載したシステムに格納することにより、NASストレージの階層化を自動化する。ポリシーを使用して、アクセス頻度、パフォーマンス、経過時間などに応じて異機種混在のバックエンドNASシステムに自動的にファイルを移動する。EMCのRainfinityでも、Celerra NS NASシステムで同様の機能を利用できる。Celerra NSにFAST(Fully Automated Storage Tiering)を適用すると、Rainfinityエンジンを通じて透過的なファイルの移動が実現する(現時点では異機種混在システムはサポートされていない)。F5 NetworkのARXは、異機種混在の分散NASシステムのスナップショットとレプリケーションを管理することにより、NASの増殖に伴うデータ保護の問題を独自の方法で解決する。

3. クラスタ化されたNASシステム
クラスタ化されたNASシステムは、複数のNASノードで同時実行される分散ファイルシステムを使用する。ストレージのクラスタサブシステムおよび基盤となるブロック(直接接続型ストレージ(DAS)またはSAN)サブシステムの両方で、データとメタデータをストライピングすることができる。またクラスタ化によって、ファイルの物理的な場所に関係なく、クラスタ化されたどのノードからでもすべてのファイルにアクセスすることが可能になる。ノードにアクセスするユーザやアプリケーションが、ノードの数や場所を意識させられることはない。

クラスタ化はファイル仮想化と同じように見えるが、大きく違うのは、すべてのシステムノードが同じベンダのものでなければならず、多くの場合同じように構成されていなければならないことだ。これにはいくつか例外がある。例えばBlueArc Corp.のTitanおよびMercuryシリーズ、NetAppのOntap GXなどだ。

クラスタ化されたNASシステムでは通常、透過的なレプリケーションとフォルトトレランスが実現するため、1つまたは複数のノードに障害が発生しても、データが失われることなくシステムが稼働し続ける。クラスタ化されたNASシステムに特徴的なのは、対応可能な容量を数百テラバイト(またはそれ以上)まで拡張できる大容量のファイルシステムだ。

クラスタ化されたNASシステムには、BlueArcのTitanおよびMercuryシリーズ、EMCのCelerra NS-960とマルチパスファイルシステム(MPFS)の組み合わせ、Exanet Inc.のExaStore、Hewlett-Packard(HP)Co.Ibrix FusionおよびStorageWorks Scalable NAS(旧名称PolyServe)、Hitachi Data SystemsのHNASおよび3200シリーズ、IBM Corp.のScale-out File Services(SoFS)、Isilon Systems Inc.のIQ、NetAppのOntap GX、Panasas Inc.のActiveStorおよびScale ComputingのSNシリーズなどがある。

長所
直線的に拡張して多数のノードと大容量に対応し、数百から数十億のファイルオブジェクトを管理可能。スループットとIOPSを別々に集約可能
拡張が容易
従量課金式のアーキテクチャ
フォルトトレランス内蔵
一元的な管理
データ保護が容易
ファイルアクセスがシンプル

短所
取り外して交換するタイプのソリューション。現行NASシステムを再利用できない
異機種混在のNASシステムには非対応
現行NASシステムからクラスタ化されたNASシステムにファイルを移行できない
ハードウェアとライセンスの費用が高い。ただし管理費用が格段に低いことで相殺は可能

クラスタ化されたNASシステムは、NASの増殖に伴う大半の課題の解決に非常に優れている。環境の規模に応じて、マルチシステム管理の問題が解消、または少なくとも緩和される。内蔵された負荷分散機能によってユーザとアプリケーションのアクセスがシンプルになり、データ保護とレプリケーションもアーキテクチャに組み込まれている。クラスタ化されたNASシステムは、ストレージの階層化という点ではやや劣る。プロセスは容易にはなるものの、自動化されるわけではない(ただしEMCのCelerra NS-960とFASTの組み合わせでRainfinityを使用する場合を除く)。

4. プライベートクラウド/グリッドストレージシステム
プライベートクラウドつまりグリッドストレージシステムは、クラスタ化されたNASシステムに幾分似ているが、グリッドストレージシステムでは、ピアツーピアでクラスタ化されるため、地理的に分散した長距離のドメイン横断運用において単一のイメージファイルを利用することができる。

地理的な場所の「認識」によって、分散環境の制御、管理、アクセスが一元化されることにより、NAS増殖対応にもう1つの側面が加わる。アクセスパフォーマンスやデータ保護のポリシーに基づいて、ポリシーに最も合う地理的場所にファイルがレプリケーションおよび移動される。グリッド/プライベートクラウドストレージは、リモートオフィスや支店がごく少数であっても、あるいは数百か所であっても大いに有用だ。

現在市販されているプライベートクラウドストレージシステムは2つある。Bycast Inc.のStorageGRIDとEMCのAtmosだ。BycastのStorageGRIDは、標準的なDASまたはSANストレージの前面に置かれたx86ノード上で実行されるため、インストール済みのブロックストレージを使用することができる。EMCのAtmosも、x86ノード上で実行されるが、同社のJBODストレージのみを使用する。Bycastの製品の方が、数百件のインストール実績があり、HPおよびIBMとのOEM契約もなされていて、やや成熟度が高い。

長所
クラスタ化されたNASと同じ長所
コストはクラスタ化されたNASと同程度またはそれ以下
地理的に離れた場所の管理が可能
分散アクセスの地理的場所が認識され、すべてのファイルの一元的な管理、保護、およびレプリケーションが可能
地理的場所の認識とポリシーに基づき、ファイルのレプリケーションと移動が行われる
DASやSANへの投資を保護、または低コストのストレージを利用できる

短所
成熟した技術を持つベンダの数が限られている
現時点ではストレージの階層化が自動化されていない
初期費用が他の技術より高くなる場合がある(ただし長期費用は低くなる可能性が高い)

NAS増殖の防止策

NAS増殖対応ソリューションのまとめ

ファイルストレージの増大はほとんど制御不能なレベルにまで達しつつあり、多くの企業がNASシステムをどうにかして管理しようと奮闘している。そのようなNASの増殖により、重大な管理上の問題が発生し、その結果、ただでさえ仕事が多すぎるITスタッフにさらなる負荷がかかり、また企業データへのユーザアクセスに支障が生じる。しかし現在では前述の4つの異なる技術が利用できるようになっており、それらを利用すればNASの増殖による課題や問題の多くを解決することができる。

実際的なアプローチをとって、現在の要件と今後予想される要件を最適な形で満たす新技術を最小限実装するのが良いだろう。そうすれば、リスクを最小限に抑え、設備投資と運用費用の予算面での負荷を緩和しながら、NAS管理に驚くほど大きな変化をもたらすことができるだろう。

略歴:Marc Staimer氏は、Dragon Slayer Consultingの社長。

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February 2010