クラウド キャッシュ アプライアンスとゲートウェイを最大限に活用する方法

クラウド ストレージ キャッシュにより、パフォーマンスを低下させる遅延を削減できます。これらのデバイスの仕組み、代替手段、需要のある機能、および利用可能なさまざまな製品について学びます。

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企業は、IT インフラストラクチャをオンプレミス システムからクラウド サービスに移行する傾向が高まっています。そうすることで、分散システムの設計者に馴染みのある問題、つまり、アプリケーションとユーザーがデータから切り離されたときに発生するパフォーマンスの低下を最小限に抑えるという問題に直面します。組織がクラウド コンピューティング インフラストラクチャに全面的に移行し、アプリケーションとストレージを同じクラウド リージョンに配置したとしても、従業員はファイル共有やデータベースにアクセスする前にグローバル インターネットを経由する必要があるため、パフォーマンスを低下させるクラウド レイテンシを回避する方法はありません。

プロセッサ チップ上でも、エンタープライズ IT 環境でも、データ遅延に対する一般的な解決策はキャッシュと同期です。これらのテクノロジーを使用すると、頻繁にアクセスされる情報をオンプレミスのリポジトリに複製し、ローカルの変更を中央のストレージの場所に自動的に複製することができます。

クラウド プラットフォームでは、ストレージ キャッシュはさまざまな形式で行われます。一般的なアプローチは、信頼できるデータ ソースとして機能する 1 つ以上のクラウド ストレージ サービスと定期的に同期する、小型の NAS アレイに似たクラウド キャッシュ デバイスです。

クラウド キャッシュ テクノロジーの仕組み

利用可能なクラウド ストレージ キャッシュ デバイスはいくつかあります。最も一般的な実装では、クラウド内に存在する少なくとも 1 つの仮想ゲートウェイに接続し、1 つ以上のクラウド コンピューティング オブジェクト、ファイル、またはブロック ストレージ サービスへのパイプラインを提供するオンプレミスのハードウェアまたは仮想アプライアンスを使用します。これらのデバイスは、単一のクラスター内および複数のリモート ロケーションで並行して使用できます。彼らは、複数のエンタープライズ データ センター、エッジ ロケーション、およびストレージ サービスをホストする IaaS リージョンを網羅する分散ストレージ システムを作成しました。

クラウド キャッシング システムは、オンプレミスとクラウド コンピューティング インフラストラクチャ間の橋渡しとしての役割を強調するために、ハイブリッド ストレージ ゲートウェイ アプライアンスと呼ばれることもあります。 Gartner の定義によると、他の組み込みキャッシュと同様に、これらのアプライアンスは、デバイスとアプリケーションに応じて、ファイル、ブロック、またはオブジェクト ストレージ I/O をインターセプトします。キャッシュ管理アルゴリズム (通常は Least Recently Used または Adaptive Replacement Cache アルゴリズム) を使用して、キャッシュ ヒット率を最大化し、外部データ トラフィックを最小限に抑えます。このアプライアンスは、圧縮や重複排除などのデータ削減アルゴリズムや WAN 最適化ソフトウェアも使用して、パフォーマンスを向上させ、キャッシュ ミス (キャッシュにないデータ) がクラウドから取得される際の遅延を最小限に抑えます。

AWS Storage Gateway は、複数のストレージタイプとバックエンドクラウドサービスをサポートするハイブリッドゲートウェイの例です。

クラウド ストレージ キャッシュの代替

純粋なローカル キャッシュとして機能しないクラウド キャッシュ テクノロジには、次の 2 つのバリエーションがあります。

• クラウド ストレージ ゲートウェイは、ローカル ストレージのないキャッシュ デバイスのようなものです。これは通常、仮想マシン (VM) として実行され、NFS および SMBNAS ファイル プロトコルや iSCSI などのブロック インターフェイスをローカル ユーザーに公開し、クラウド オブジェクト ストレージ サービスにデータを書き込みます。仮想マシン (VM) サーバー上のローカル ストレージのコストが低く、ローカル キャッシュに大きな利点があることを考えると、純粋なゲートウェイとして機能できる製品はほとんど残っていません。
• 分散ファイルシステムは、複数のクラスターと複数の場所にまたがるクラウドのようなオブジェクトストレージのエンタープライズ実装を企業に提供します。特定の製品は AWS などのクラウド コンピューティング インフラストラクチャに導入することもでき、ファイル システムをプライベート リソースとパブリック リソースにまたがらせ、必要に応じて追加のクラウド コンピューティング容量で拡張できます。分散ファイル システムは、事実上無制限のスケーラビリティ、中断のない容量拡張、保存時および転送中のデータの暗号化、地理的に分散されたレプリケーションによる高可用性、およびファイルとオブジェクトのストレージ用の単一のグローバル名前空間を提供します。一部の製品には、データを定期的にクラウド リポジトリにコピーし、未使用のデータやコールド データを Amazon Glacier などの低コストのクラウド ストレージ サービスに移行するためのバックアップおよびアーカイブ モジュールも含まれています。

クラウド キャッシュ機器市場と製品

クラウド ストレージ ゲートウェイとキャッシュ アプライアンスの市場は、企業によるクラウド サービスの広範な導入に伴って成長しています。 Zion Research は、市場売上高は約 30 億ドルで、毎年 30% 増加して 2023 年までに 72 億ドル近くに達すると予測しています。Ctera Networks や Panzura など、一部の大手エンタープライズ IT ベンダーはハイブリッド クラウド ストレージ ソフトウェアを専門としています。

以下のリストは包括的な製品ガイドではありません。ただし、人気のあるクラウド ゲートウェイ キャッシュ製品が含まれます。

AWS Storage Gateway は、オンプレミスのシステムを AWS ストレージリソースに接続する仮想アプライアンスまたはハードウェアアプライアンスとして利用できます。 S3 リソースへのファイル (SMB または NFS)、ボリューム (iSCSI)、テープ (仮想テープ ライブラリ) アクセスをサポートします。ソフトウェア アプライアンスには、4 つの vCPU、16 GB の RAM、およびイメージとシステム データ用の 80 GB のディスク領域を備えた仮想マシンが必要です。ハードウェアは、128 GB のメモリとキャッシュ用の 4 つの 2 TB SSD を搭載したデュアル プロセッサの Dell EMC PowerEdge R640 サーバーです。

Ctera Networks Ltd. には、ハイブリッド ストレージ アーキテクチャを形成する 3 つのソフトウェア製品スイートがあります。これらには、コア クラウド サービスおよびシステム管理用の CteraPortal、ローカル サーバー用の Ctera EdgeFiler、リモート クライアント用の Ctera Drive が含まれます。 Ctera ソフトウェアは、仮想アプライアンスとして、または 5 つのシステム構成のいずれかにバンドルされて提供されます。

Dell EMC は、AWS ゲートウェイに加えて、さまざまなハイブリッド クラウド ストレージ製品を提供しています。これらには以下が含まれます:

• Power ScaleOne FSOS クラウド プール機能は、データ階層化ポリシーをクラウド サービスに拡張し、アクセス頻度の低いデータをローカル ストレージから自動的に移行できるようにします。 CloudPools は、Alibaba Cloud、AWS、Google Cloud Platform (GCP)、Microsoft Azure、Virtustream をサポートしています。
• Unity Cloud Edition 仮想アプライアンスを備えた UnityXT オールフラッシュ Unified Storage ミッドレンジ ストレージ アレイは、AWS 上で実行して、ブロック、ファイル、および VMware 仮想ボリュームをクラウド インフラストラクチャに拡張できます。

Microsoft は、主に 2018 年の Avere と 2012 年の StorSimple の買収を通じてハイブリッド ストレージ ポートフォリオを構築しました。

• Avere はクラウド キャッシュ テクノロジの先駆者であり、ハイパフォーマンス コンピューティング (Azure v FXT) およびエンタープライズ (Azure FXTEdgeFiler) ワークロード向けに設計されたアプライアンスを継続的に提供しています。 EdgeFiler は 1U モデルが 2 種類あり、1 つは 12.8 TB の SSD キャッシュを搭載し、もう 1 つはその 2 倍のキャッシュを搭載しています。クラスターあたり 24 ノードまで拡張でき、数百万の IOPS と数百ギガバイト/秒のスループットを実現します。
• StorSimple は 2022 年までに廃止され、Avere、Azure FileSync サービス、または Azure StackEdge に置き換えられます。 Azure StackEdge は、AI ワークロードの高速化を目的としたフィールド プログラマブル ゲート アレイが組み込まれた 1U サーバーです。これは、Azure ポータルを通じて管理されるキャッシュ クラウド ゲートウェイとして機能します。

Nasuni は、NAS ファイル プロトコルを公開する分散オブジェクト ファイル システムであり、AWS、Azure、GCP、IBM Cloud でサポートされています。これは通常、ハイパーコンバージド インフラストラクチャ システム上のオンプレミスに導入されるソフトウェア製品です。

NetApp Global File Cache は、NetApp が最近買収した TalonFast ストレージ ソフトウェアに基づいています。この製品は、使用パターンに基づいて自動的に更新されるローカル データ キャッシュを使用して、グローバルに分散された仮想ファイル共有を作成します。 File Cache は NetApp Cloud Volumes Ontap および Azure NetApp Files と連携して、オンプレミス サーバーおよびエッジ クライアントからクラウド ストレージへの低遅延アクセスを提供します。

Panzura Freedom は、統合された名前空間とローカル キャッシュを備えたグローバル分散オブジェクト ファイル システムであり、ホット データ ブロックとコールド データ ブロックを自動的に追跡して、キャッシュのパフォーマンスと効率を向上させます。 SmartCache ポリシーにより、アクセス頻度に関係なく、データをキャッシュ内に固定することで自動キャッシュ管理を上書きできます。 Freedom は、AWS、Azure、GCP、IBM Cloud、VMware 上で実行される仮想ソフトウェア アプライアンスとして、または最大 28 TB のキャッシュと 5,000 人のユーザーをサポートする 3 つの FreedomFiler ハードウェア アプライアンスのいずれかとして利用できます。

PureStorage はクラウド キャッシュ ゲートウェイを提供しません。ただし、クラウド コンピューティング ブロックおよびオブジェクト ストレージ ソフトウェアは複数の場所にまたがることができ、仮想アプライアンスを介して AWS および VMware Cloud インフラストラクチャに拡張できます。

StoneFly Smart Cloud Storage Gateway は、仮想アプライアンスとして、または StoneFly の SAN または NAS デバイスとバンドルされて提供されます。 iSCSI SAN、S3 互換オブジェクト、NAS ストレージを提供します。仮想アプライアンスはベアメタル サーバーとほとんどのハイパーバイザー上で実行され、ソフトウェア アプライアンスとハードウェア アプライアンスの両方が AWS、Azure、StoneFly のプライベート クラウドをサポートします。