AWS、Azure、GCPのファイルストレージ：クラウドファイルストレージ

クラウドではAmazon S3をはじめとするオブジェクトストレージの利用が拡大しているが、ファイルストレージが必要なユースケースも多い。3大クラウドプロバイダーが提供するファイルストレージを理解しておこう。

[Antony Adshead，Computer Weekly]

　ここ数年、フラッシュの登場、クラウドストレージへの移行など、多くの変化が急速に進んでいる。だが、依然変わらないものも幾つかある。データアクセスの方法もその中の一つだ。ファイル、ブロック、オブジェクトのいずれであってもそれは変わらない。

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　オブジェクトストレージは比較的新しいデータアクセス方法だ。オブジェクトストレージは、パブリッククラウドサービスが提供する多くのストレージプロビジョニングの基礎になっている。それに当てはまるのがAmazon Web Services（AWS）の「Amazon S3」だ。Amazon S3のプロトコルはAWS以外のクラウドでも幅広く利用されており、事実上の標準になっている。

　だが、特定のユースケースにはファイルストレージもブロックストレージもまだ必要だ。多くの企業はクラウドのコンピューティングとストレージを利用し、必要に応じてクラウドにワークロードをバーストさせることを望んでいる。多くの場合、クラウドネイティブではないアプリケーションが関係するためファイルストレージもブロックストレージも必要になるだろう。

　本稿では、パブリッククラウド大手のAWS、「Microsoft Azure」「Google Cloud Platform」（GCP）が提供するファイルストレージを取り上げる。これら3大プロバイダーはいずれもネイティブなNAS（ネットワーク接続ストレージ）サービスとNetAppストレージベースのハイパフォーマンスなファイルストレージを提供する。

　Azureはファイルストレージキャッシュを提供する点が異なっている。このファイルキャッシュには単一名前空間内の一連のファイルに遅延の少ないアクセスを提供する狙いがある。この機能は多くのサービスレベルで提供される。

AWS

　AWSは「Amazon FSx」と「Amazon Elastic File System」（EFS）という2つのファイルストレージを提供する。

　Amazon FSxにはLustre向けとWindows向けがある。どちらのファイルストレージもPOSIXに準拠する。つまり、どちらもファイルアクセス許可、ファイルロック機能、NFS v4による階層型ディレクトリ構造などを必要とするアプリケーションで機能する。

　ターゲットユースケースには、ビッグデータ分析、Web配信とコンテンツ管理、アプリケーションの開発とテスト、メディアワークフロー、データベースのバックアップ、コンテナストレージなどがある。

　「Amazon FSx for Windows File Server」はWindowsネイティブのSMB（Server Message Block）プロトコル経由でアクセス可能なファイルストレージを提供する。アクセス制御リスト（ACL）、ユーザークオータ、ユーザーファイルの復元、「Active Directory」（AD）統合などの機能がある。メディアオプションとしてフラッシュやHDDの利用が可能で、FSxストレージには、Windows、Linux、macOSの各コンピューティングインスタンスやオンプレミスのハードウェアからアクセスできる。

　AWSによると、遅延時間は数ミリ秒以下、スループットは数10GB/s、IOPSは数百万になるという。

　データは保存時に暗号化され、ISO、PCI DSS、SOC（Service Organization Control）、HIPAAに準拠するとされている。

　「Amazon FSx for Lustre」は機械学習やハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）などのファイルベースのユースケースをターゲットにする。よりコスト効率の高い大容量データストアとしてAmazon S3と統合される。この場合、データはAmazon FSx for Lustreのファイル形式で提供される。

　データには、「Amazon Elastic Compute Cloud」（EC2）インスタンスやオンプレミスからアクセスできる。

　Amazon EFSはLinuxアプリケーション向けのNFSストレージで、AWSのコンピューティングインスタンスまたはオンプレミスサーバで実行できる。Amazon EFSは数P（ペタ）B規模に拡張でき、「標準」と「低頻度アクセス」という2つのサービスレベルがある。この2つは自動的に階層化され、ファイルは使用プロファイルに応じて最適な層に配置される。

　AWSによると、ファイルアクセスは並列処理され、推定10GB/sのスループットと50万のIOPSを実現するという。低頻度アクセスと標準を80対20で分割したとすると、コストは1GB当たり月額8セントになると見積もられている。

Azure

　AzureのクラウドファイルストレージにはネイティブとNetAppベースのパフォーマンスオプションがあり、さまざまなレベルのキャッシュサービスもある。

　「Azure Files」はクラウドで完全に管理されたファイル共有を提供する。このファイル共有にはSMBまたはREST（REpresentational State Transfer）を介してアクセスでき、クラウドまたはWindows、macOS、Linuxのオンプレミス導入をサポートする。

　Azure Filesには「Standard」と「Premium」という2つのサービスレベルがある。Microsoftのサービスとして、期待通りにActive Directoryなどと統合される。Azureは、Azure Filesが使えるアプリケーションやデータを「リフト＆シフト」するよう積極的に推奨している。

　「エンタープライズクラス」と称される「Azure NetApp Files」は、LinuxやWindowsのコンピューティングインスタンス向けにAzureクラウド内のNetAppストレージベースのファイルストレージを提供する。このファイルストレージは「SAP HANA」、データベース、HPCアプリケーション、エンタープライズWebアプリケーションなど、パフォーマンスを重視するアプリケーションを想定している。

　アクセスはSMBおよびNFSを介して行われる。利用可能なパフォーマンスとコストの階層には、「Standard Storage」「Premium Storage」「Ultra Storage」の3つがある。

　ハイパフォーマンスワークフロー向けに高速アクセスを実現するため、Azureはファイルストレージキャッシュサービスも提供する。「Azure HPC Cache」はNFS接続サービスで、オンプレミスのNASアプリケーションデータまたはAzureに配置されたアプリケーションデータ向けに単一の名前空間を提供する。そのアプリケーションデータはファイルでもBlob（オブジェクト）でも構わない。

　2018年にMicrosoftがAvere Systemsを買収した結果として、Avereの技術をベースにファイルベースのキャッシュタイプサービスも幾つか提供している。

　「ハイパフォーマンスキャッシュサービス」と称される「Avere vFXT for Azure」は、「Azure FXT Edge Filer」のソフトウェアベースサービスのイテレーションに当たる。Avere vFXT for Azureには、クラウドベースのファイルアクセスキャッシュとして使用する狙いがある。これにより、クラウド向けにリファクタリングしなくてもHPCアプリケーションを実行できる。Avere vFXT for Azureは読み取り負荷の高いワークロード向けに最適化され、アプリケーションに単一名前空間を提供する。

　FXT Edge Filerは、顧客のNASや「Azure Blob Storage」、Amazon S3ストレージと連携してHPCワークロード向けのハイパフォーマンスキャッシュとして動作する。最大24ノードまで拡張され、IOPSは数百万、スループットは数百GB/sになるという。FXT Edge Filerには、主にメモリとストレージの容量が異なる2つのモデルがある。

　Azure FXT Edge Filerはハードウェア製品なので、本稿の調査対象とはやや異なる。これはas a serviceとして提供されるコロケーションハードウェアのようなもので、恐らくAvere vFXT for Azureを基盤として支えている。

GCP

　GCPの「Cloud Filestore」には2つのパフォーマンス階層のNFS接続型ファイルストレージがあり、共有当たり64TBの最大容量を提供する。「プレミアム」は「スタンダード」よりもはるかに高いスループットとIOPSを提供する。プレミアムの読み取りスループットは1.2GB/sで、IOPSは6万。スタンダードの読み取りスループットは100MB/s、IOPSは5000になる。どちらの層も99.9％の可用性があるという。

　Googleが提案するユースケースは、AWSとAzureのクラウドファイルストレージが提供するものよりもやや控えめで、動画レンダリング、アプリケーションワークロード、Webコンテンツ管理、ホームディレクトリをターゲットにする。

　GCPが提供する基本ファイルストレージよりも多くのストレージを必要とする場合は、NetAppの「Cloud Volumes」も利用可能だ。Cloud Volumesは、LinuxやWindowsのアプリケーションワークロード向けにNFSとSMB接続型のストレージをサポートする。

　「NetApp Cloud Volumes Service for Google Cloud」にはパフォーマンスとコストに「Standard」「Premium」「Extreme」という3つの階層がある。1GB当たりの月額価格はStandardが0.10ドル、Premiumが0.20ドル、Extremeが0.30ドルで、IOPSは4000〜3万2000、スループットは1TB当たり16M〜128MBの範囲になる。