コンテナ環境で高可用性とデータ保全、大きなストレージ容量を実現する仕組み　～「イレイジャー・コーディング」の特徴とメリットを解説

Text＝吉岡 秀　日本IBM 

 

コンテナ環境の継続性は、Kubernetes（以下、k8s）が実現する可用性によって語られるケースが多い。しかしk8sはコンテナ（プログラム）の可用性は維持できても、アプリケーションで利用するデータの可用性は維持できない。本稿では、コンテナ・ネイティブなアプライアンス製品であるIBM Spectrum Fusion HCIに焦点をあて、その主要機能の一翼を担うデータ保護機能について解説する。

DX推進への流れと事業継続性

ITを利用しビジネスに役立てるDX（デジタル・トランスフォーメーション）の取り組みがいろいろな企業で進んでいる。そしてその実現に不可欠な考え方として「クラウド・ネイティブ」が普及しつつある。

クラウド・ネイティブの目的は、急速に変化するビジネスへの柔軟な対応で、アプリケーション・プログラムのリリースを速めることである。そのために企業は、アプリケーション・プラットフォームをサーバー型からコンテナ型へとシフトしつつある。

ここでコンテナ環境の可用性に目を向けてみよう。コンテナについてある程度の知識を有している読者ならば、コンテナ環境の可用性は、k8sなどのコンテナ・オーケストレーションが提供するサービスで実現できるのではないか？と思われるかもしれない。

k8sあるいはk8sベースのコンテナ基盤は、Podや内部ネットワークなどの可用性は確保するものの、アプリケーションが使用するデータ（永続データ）の可用性までは手が届いていない。k8sは、コンテナに支障があるとそれを別のノードで動かしたり、同時に稼働させるコンテナ数を維持することは可能である。しかしながらアプリケーションにとって重要なデータを保全する仕組みは内包していないのだ。

IBMではこの課題を解決し、企業のDX化を推進する製品としてIBM Spectrum Fusionを提供している。IBM Spectrum Fusionがどのように課題を解決するのか、本題に入る前に製品の特徴を紹介してみよう。

IBM Spectrum Fusionとは　

IBM Spectrum Fusionには、ソフトウェアとハードウェアを一体化させたIBM Spectrum Fusion HCIと、ソフトウェアのみを提供するIBM Spectrum Fusionの2種類がある。本稿ではIBM Spectrum Fusion HCIに絞って話を進める。

IBM Spectrum Fusion HCIは、Red Hat OpenShift Container Platform (以下、OpenShift) を実装したコンテナ・ネイティブ・アプリケーション基盤である。

OpenShiftは、オープンソースのk8s上に便利なサービス・コンポーネントを用意し、かつ製品サポートまで提供する製品である。これにより、従来コンテナ環境の構築で生じていたさまざまな課題を一挙に解決することが可能になった。ただしOpenShiftの実装には、物理サーバーの手配やOSの導入、ネットワーク接続の準備などが必要で、その部分の手間や工数は依然としてかかる。

IBM Spectrum Fusion HCIは、そのOpenShiftの実装に必要な要素を丸ごとパッケージした製品である。そのためにコンテナ環境の構築が非常に容易になる。そしてIBM Spectrum Fusion HCIは、ストレージ基盤とストレージ・サービスも統合している。これにより企業はコンテナが稼働する基盤をスピーディに導入でき、スムーズに本番へ移行できるのだ（図表1）。

IBM Spectrum Fusionのストレージ・サービス機能は、以下のコンポーネントで構成されている。IBMが長年、個別製品として提供してきたもので、実運用レベルのコンテナ・システムに欠かせないストレージ・サービスである。

・IBM Spectrum Scale Erasure Coding Edition (以下、Scale ECE)
・IBM Spectrum Protect Plus

IBM Spectrum Fusion HCIの高可用性　

本題に戻ろう。IBM Spectrum Fusion HCIが、コンテナ環境の可用性とデータの保全をどのように実現するのかである。

一般的にアプリケーションを継続的に利用できるようにするには、事業継続性の観点が重要となる。事業継続性には、機器や設置場所の障害に対する「高可用性」と、災害に対する「ディザスタ・リカバリー」の2つがある。ここではIBM Spectrum Fusion HCIが提供する高可用性について説明する。

HCI（ハイパーコンバージド・インフラストラクチャ）環境とは、サーバーに内蔵されているドライブ（HDDやSSD）をストレージとして利用するシステム形態を指す。その可用性はRAID技術によって担保される。そしてRAIDには、ソフトウェアによって具現化する「ソフトウェアRAID」と、アダプタカードなど専用ハードウェア上のチップを使用する「ハードウェアRAID」の2つがある。昨今のHCIはハードウェア（サーバー）の障害にセンシティブなので、内蔵ドライブの保護には主にソフトウェアRAIDが用いられている。そして2ウェイ、3ウェイのレプリケーション（ミラーリング）によって耐障害性を向上させている製品も多い。

一方、IBM Spectrum Fusion HCIは、Scale ECE（Erasure Code Edition）という分散ファイルシステム機能により耐障害性を実現する。Scale ECEは、ソフトウェアRAIDを内包している。ただし、このソフトウェアRAIDは従来型のRAID技術ではなく、「イレイジャー・コーディング」（消去訂正符号。以下、EC）と呼ぶ新しい技術を採用している。

ECは、設計コードが複雑になる難点がある半面、一般に広く利用されているRAID-5やミラーリングと比較して、より多くのドライブ容量をデータの保管に使用でき、同時に高い耐障害性を確保できる利点がある。

ECの主な特徴とメリットは、以下のとおりだ。

◎高い耐障害性
・複数のサーバー上の複数のドライブに跨ってデータやパリティを配置するため、単一サーバー内のすべてのドライブが故障した場合でもデータの回復が可能

◎リビルド時間の短縮
・多くのドライブを使い、同時に分散してリビルド処理を実行
・RAID-5と比較して、約3.5倍の高速処理

◎高性能の維持
・データ、パリティ、スペア領域をすべてのサーバーに分散配置できるため、特定ノードにI/Oが偏ることがなく、パフォーマンス向上を図れる
・リビルド時にシステム性能の劣化を最小化

高可用性とデータ保全を実現する仕組み　

次に、Scale ECEを備えるIBM Spectrum Fusion HCIの耐障害性について、ハードウェア構成を踏まえて説明する。

IBM Spectrum Fusion HCIの最小のハードウェア構成は図表2のとおりである。この中の「Compute/Storageサーバー」はコンテナを稼働させるためのサーバーで、最大20台（20ノード）まで拡張できる。

IBM Spectrum Fusion HCIの最小構成（6ノード）で、ECの設定を「4+2P」としてみる（4+2PはIBM Spectrum Fusion HCIで耐障害性を設定するときの選択肢の1つ）。するとこのシステムは、2ノードまでの障害に対応可能となる（図表3）。また、ワーカー・ノードを拡張して12ノードとし、ECの設定を「8+3P」としてみる。この場合は、3ノードまでの障害に対応可能となる（図表4）。

12ノードの一般的なHCIで3重のミラーリングを採用すると、データの収容可能容量は、実質的に全体の1/3の4ドライブ分となる。これに対してECの設定で「8+3P」を選択すると、その2倍の8ドライブ分にデータを収容できる。つまりIBM Spectrum Fusion HCIは、ノードを拡張するほどより高い耐障害性が得られ、より大きなデータの収容が可能になるのである。データの容量効率が高いということは、ストレージ全体のコスト効率が向上することは言うまでもない。これが、IBM Spectrum Fusion HCIによる高可用性とデータ保全を実現する仕組みである。

IBM Spectrum Fusion HCIは、OpenShift環境をアプライアンス化しただけではない。Scale ECEによってサーバー内蔵のストレージを大容量のコンテナ・ネイティブ・ストレージに変え、かつ高い耐障害性を実現するのである。DXの推進やコンテナの活用を目指している企業は、一度検討してみることをお勧めしたい。