4. クラウドコンピューティングにおけるストレージの基礎知識
1. クラウドコンピューティング仮想化におけるストレージアーキテクチャ
①仮想化ストレージ
仮想化ストレージ アーキテクチャでは、最下層は物理ディスクです。
基盤となるハードウェアはストレージ プールを構成し、ストレージ プールは NAS ストレージと SAN ストレージに分割されます。NAS ストレージにはファイル システムが必要です。SAN ストレージはストレージ プールを論理的に分割して論理ボリュームを生成し、論理ボリュームにファイル システムを追加する必要があります。 NAS ストレージであっても SAN ストレージであっても、最終的には共有ディレクトリが生成され、仮想ディスクはファイルに対応します。
仮想化の本質は、物理マシンを共有ディレクトリに保存されるファイルまたはフォルダに変えることであり、ファイルまたはフォルダは仮想ディスクに対応します。
②非仮想化ストレージ
非仮想化ストレージ アーキテクチャでは、最下層は物理ディスクです。
サーバーに付属のハードディスクは、仮想化ストレージと非仮想化ストレージの両方に使用できます。
サーバーに付属のハードディスクは、論理ボリュームを生成するために論理的に分割する必要があります。分散ストレージの場合は、分散ストレージ プールが生成され、その後論理的に分割されて論理ボリュームが生成されます。論理ボリュームはディレクトリを共有する必要はありません。そして、仮想マシンの仮想ディスクに直接変換されます。
2. 物理ディスクの種類
2.1 SATAディスク
SATAの正式名称はSerial Advanced Technology Attachmentで、SATA(Serial ATA)ポートを備えたハードディスクはシリアルハードディスクとも呼ばれます。一般的な SATA ディスクの速度は 7200 rpm です。SATAはシリアル接続方式を採用しており、シリアルATAバスはエンベデッドクロック信号を使用しているため、エラー訂正能力が強化されており、従来との最大の違いは、データだけでなく伝送命令のチェックや、エラーの有無のチェックができることです。自動的に修正されるため、データ送信の信頼性が大幅に向上します。シリアル インターフェイスには、構造が簡単でホットプラグがサポートされているという利点があります。
SATA ディスクの記憶容量は SAS ディスクよりも大きく、価格は SAS ディスクよりも安価です。
2.2 SASディスク
SAS (Serial Attached SCSI) は、新世代の SCSI テクノロジーである Serial Attached SCSI であり、SATA ハードディスクと同様に、シリアルテクノロジーを使用してより高速な伝送速度を実現し、接続ラインを短くすることで内部スペースを向上させます。SAS は、パラレル SCSI インターフェイスの後に開発された新しいインターフェイスです。このインターフェイスの設計者は、ストレージ システムのパフォーマンス、使いやすさ、拡張性を向上させ、SATA ハード ドライブとの互換性を提供することを目的としています。一般的な SAS ディスクは 15,000 rpm で回転します。より高度なインターフェイス設計と高速性により、SAS ディスクの読み取りおよび書き込み速度は SATA ディスクよりも高速です。
SAS ディスクは主に、高データ スループット、低遅延、高信頼性のアプリケーションに使用され、通常はエンタープライズ レベルのストレージに使用されます。
2.3NL-SASディスク
NL-SAS（ラインSAS）は、SASディスクインターフェースとSATAディスク本体を採用しています。NL-SAS ハードディスクの回転速度は 7200 rpm しかないため、SAS ハードディスクよりもパフォーマンスが劣ります。ただし、SAS インターフェイスの使用により、アドレッシングと速度が向上しました。
NL-SAS ディスクのパフォーマンスは SATA ディスクよりも高く、容量は SAS ディスクより大きく、価格は 2 つのディスクの中間にあります。
2.4 SSDディスク
SSD（Solid State Disk）、ソリッドステートハードディスクは、ソリッドステート電子メモリチップアレイで作られたハードディスクであり、制御ユニットと記憶ユニット（FLASHチップ、DRAMチップ）で構成されています。SSD は、インターフェイスの仕様と定義、機能、使用方法の点で通常のハードディスクとまったく同じであり、製品の形状とサイズの点でも通常のハードディスクと完全に一致しています。SSD ディスクは、従来のマシンのハードディスクにはない、高速な読み書き、軽量、低エネルギー消費、小型という特徴を備えていますが、耐用年数が限られており、価格も比較的高価です。
2.5 物理ディスクの性能価格比較
3. 集中ストレージと分散ストレージ
3.1 集中ストレージ
ハードディスクをハードディスク エンクロージャに集中的に格納し、ディスク上で RAID (Redundant Array of Independent Disks) 操作を実行してリソース プールを形成し、そのリソース プールをホストに使用します。
RAID は英語の Redundant Array of Independent Disk の頭字語で、中国語では独立ディスクの冗長アレイを意味します。平たく言えば、複数のハードディスクを独立したディスクアレイとして管理することです。
RAID は、複数のディスクを使用して並行して読み取りおよび書き込みを行い、データの読み取りおよび書き込み速度を向上させます。パリティ チェックとホット バックアップ テクノロジを備えているため、データが失われず、データのセキュリティが向上します。
一般的に使用される RAID タイプは、RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 01、および RAID 10 です。
あまり一般的に使用されない RAID タイプは、RAID 2、RAID 3、RAID 4、RAID 7、RAID 50、および RAID 53 です。
RAID 0: 読み取りおよび書き込み速度を向上させるために、2 つ以上のハードディスクが同時にデータを処理します。1 つのハードディスクに障害が発生すると、すべてのデータが無効になり、データのセキュリティは保証されません。
RAID 1: データを 2 つのコピーにコピーし、2 つの異なるハードディスクに同時に保存します。これにより、データのセキュリティが確保され、ハードディスクのスペースを浪費する読み取りおよび書き込み速度の問題がある程度解決されます。
RAID 5: パリティ チェック テクノロジを追加し、2 つのハードディスクに異なるデータを保存し、1 つのハードディスクにチェック値を保存し、もう 1 つのディスクのデータを任意の 2 つのハードディスクに従って計算することで、データのセキュリティを確保し、読み取りと読み取りの問題を解決します。書き込み速度 ; 2 台のハードディスクが破損すると、データを回復することはできません。
RAID 6: 2 台のハードディスクに異なるデータを保存し、2 台のハードディスクに異なる検証値を保存し、いずれかの 2 台のハードディスクが破損した場合でも、他の 2 台のハードディスクからデータを回復できます。セキュリティは RAID 5 よりも高く、リソース使用率は RAID 5 より低くなります。
3.2 集中ストレージ型
SAN システムはストレージ エリア ネットワークであり、NAS システムはネットワーク接続ストレージです。
① SANとNASの類似点
SAN システムと NAS システムはどちらも、RAID を使用する冗長ストレージ システムです。
冗長ストレージ システムは、1 つ以上のコンポーネントに障害が発生しても回復できるため、他のタイプのストレージよりも安定しています。SAN および NAS ソリューションは、大量のデータを保存する必要があり、そのデータに安定かつ確実にアクセスできる必要がある場合に非常に役立ちます。
②SANとNASの違い
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**SAN ストレージ デバイスは光ファイバー経由で接続され、NAS ストレージ デバイスは TCP/IP 経由で接続されます。**このため、SAN は通常、高度なソリューションに使用されますが、NAS ソリューションはホーム ユーザーや中小企業にとってよりアクセスしやすいものです。SAN 経由で接続するには、デバイスが SCSI ファイバー チャネルを使用できる必要があります。対照的に、NAS は比較的シンプルであり、イーサネット経由であらゆるものを NAS ソリューションに接続できます。
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**SAN ストレージ デバイスはデータ ブロックにアクセスしますが、NAS ストレージ デバイスは個々のファイルにアクセスします。**パフォーマンスのニーズに応じて、どちらのオプションが好ましい場合もありますが、それはすべてデータとシステムのアーキテクチャによって異なります。データとリソースを大量に消費する高度なアプリケーションの場合は、ブロック データの方が望ましい場合があります。ただし、一般的な保存データの場合は、NAS の方が簡単で、パフォーマンスの向上につながる可能性があります。
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**SAN ストレージ デバイスは複数のストレージ デバイスを接続しますが、NAS ストレージ デバイスは単一の専用デバイスとして動作します。**SAN ソリューションは基本的に、すべてが同じネットワーク上で動作するストレージ デバイスのグループを作成します。一方、NAS アレイは単一のデバイスに保存されます。機能的には、この 2 つはまったく異なる方法で動作することを意味します。SAN は主にハードウェアに依存しますが、NAS は主にネットワークに依存します。
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SAN ストレージは、ホスト側で空のハードディスクのように見える RAW デバイスを提供しますが、NAS ストレージには、ホスト側でディレクトリのように見えるファイル システムがあります。
3.3 分散ストレージ
物理ホストの実データは集中ストレージに保存でき、複数のホストでデータを共有できるため、無駄がないよう各ホストの空きハードディスクから残りのハードディスクを抽出し、リソースプールを形成します。すべてのホストが使用できるコピー メカニズム テクノロジを使用します。
3.4 コピーの仕組み
①データ書き込み
3 コピー形式を例に挙げると、データの書き込み後、データは分散ストレージ プールに書き込まれ、ディスクが配置されるときにデータは 3 つのコピーにコピーされ、データの各コピーが保存されます。別のハードディスク上にある
②データ読み込み
データのコピーは 1 つだけ読み取られ、データの 2 番目と 3 番目のコピーはディスクが損傷した場合にのみ読み取られます。コピー メカニズムを使用すると、データのセキュリティを効果的に保証できます。
3.5 一般的な分散ストレージ製品
ceph、hadoop-HDFS、Huawei Cloud fusionStorage、VMware-vSAN
4. 仮想化ストレージと非仮想化ストレージ
4.1 クラウドコンピューティングにおける仮想化ストレージの変革パス
4.2 クラウド コンピューティングにおける非仮想化ストレージ変換パス
4.3 仮想化ストレージと非仮想化ストレージの違い
すべての仮想化ストレージおよびコンピューティング クラスターは、ファイル システムを持つストレージを使用します。非仮想化ストレージおよびコンピューティング クラスターは、ファイル システムを持つストレージを使用しませんが、上位層のオペレーティング システム (仮想マシンのオペレーティング システム) によってフォーマットされます。
4.4 RAIDとLUNの関係
RAID は複数のハードディスクから構成されており、全体として複数のハードディスクから構成される大きな物理ボリュームに相当します。物理ボリュームは、ホストから直接使用することはできません。物理ボリュームに基づいて、指定された容量に従って 1 つ以上の論理ユニットを作成できます。これらの論理ユニットは LUN (Logical Unit Number) と呼ばれ、ホストにマッピングされた基本ブロック デバイスとして使用できます。ホスト。
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LUN を作成するプロセス:
4.5 ファイルシステム
共通ファイル システム: 仮想化クラスター ファイル システム、NAS ストレージ ファイル システム、オペレーティング システム ファイル システム
ファイルをディスクにマッピングするプロセス:
フォーマットとは、ファイル システム ブロックを形成するプロセスです。
LVM に対応する論理領域はファイル システム ブロックを通じて見つかり、論理領域にはファイルをディスク上のどのセクターとどのトラックに配置できるかが記録されます。ファイルシステムを通じて、ファイルの適用や検索が実現できます。
5. 仮想マシンディスクの紹介
ユーザーの観点からは、仮想ディスクは物理マシンのディスクと変わりませんが、管理者の観点からはファイルです。
一般的な仮想マシンのディスク形式:
| 仮想マシンのディスク ファイル形式 | サポートメーカー |
|---|---|
| 生 | 全メーカー共通 |
| VMDK | ヴイエムウェア |
| VHD | Microsoft Hyper-V、Huawei FusionCompute |
| QCOW | QEMU または KVM 仮想化プラットフォームに固有の形式 |
| は | QEMU または KVM 仮想化プラットフォームに固有の形式 |
| VDI | オラクル |
6. ファーウェイ仮想化製品のストレージ機能
6.1 Huawei仮想化製品のストレージアーキテクチャ
6.2 Huawei 仮想ディスクの機能
①種類
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通常: 仮想マシン ディスクはこの仮想マシンにのみ提供されます。
-
共有: 複数の仮想マシンが同時に仮想マシン ディスクの読み取りと書き込みを行うことができます。
②コンフィグレーションモード
- 通常: 必要なスペースを物理スペースに一度に分割し、読み取りと書き込みの速度が速くなります。
- 合理化: 必要な物理スペースを割り当てることを約束し、実際に必要なときに物理スペースを分割してスペースを節約します。
③ディスクモード
- スレーブ: スレーブ モードでは、このディスクはスナップショットの作成とスナップショットの回復に含まれます。
- 独立-永続: 独立モードでは、このディスクはスナップショットの作成およびスナップショットの復元には含まれません。永続モードでは、データは実際にはハード ディスクに保存され、仮想マシンが再起動されてもデータは保持されます。
- 独立 - 非永続: 独立モードでは、ディスクはスナップショットの作成とスナップショットの復元に含まれません。非永続モードでは、データは実際にはハード ディスクに保存されず、データはハード ディスクに保存されません。仮想マシンが再起動されます。