ブロック・ストレージとオブジェクト・ストレージ：その違いは？

データストレージはあらゆるコンピューティングの基盤であるが、その扱い方は劇的に変化した。当初はローカルディスク上の単純なファイルシステムから始まり、このモデルはパーソナルコンピュータに十分対応していた。しかしデータ量が爆発的に増加し、アプリケーションの要求が高まるにつれ、基盤となるストレージアーキテクチャは進化を余儀なくされた。

物理レベルでは、あらゆるストレージはブロックで構成されています。ドライブは固定サイズのチャンクでデータを保存し、上位システムがそれらのチャンクに構造と意味を与えます。この概念から、2つの主要なネットワークストレージアーキテクチャが生まれました：ブロックストレージとオブジェクトストレージです。

ブロックストレージは一貫した低遅延性能を提供し、データベースや仮想マシンの基盤となっています。一方、クラウドの拡張性と柔軟性のために構築されたオブジェクトストレージは、現代のアプリケーションやサービスを駆動する膨大な非構造化データに対して、圧倒的な耐久性と効率性を提供します。ファイルストレージは共有ユーザーデータやアプリケーションデータにおいて依然として役割を果たしていますが、今日のデータセンターの中核を支えているのはブロックストレージとオブジェクトストレージです。

両者の違いを理解することは、スケーラブルで耐障害性が高く、コスト効率の良いシステムを設計する上で鍵となります。両者の相違点、それぞれの優位性、適切な選択方法について解説します。

ブロックストレージとは？

ブロックストレージはハードウェア層に最も近い位置にあります。OSに対して論理ディスクとしてストレージボリュームを提示し、OSはこれをパーティション分割し、ファイルシステム（NTFS、ext4、XFSなど）でフォーマットし、ローカルドライブのようにマウントできます。

番号付きの棚が並ぶ倉庫と想像してください。ストレージシステムは格納内容に関心を持たず、棚番号のみを追跡します。OSがデータを書き込む際は「101番から103番の棚に格納せよ」と指示し、読み戻す際は該当棚を指定するだけです。この直接アクセス特性により、ブロックストレージは高性能・低遅延を要するワークロードに最適です。

直接的なランダムアクセス

ブロックは他のブロックに影響を与えずに独立して読み書きできます。大規模データベース内の単一セルを変更する場合、影響を受けるブロックのみが書き換えられ、ファイル全体が書き換えられることはありません。この効率性こそが、データベース、VMディスク（VMDK、VHDX）、その他のパフォーマンスが重要なシステムなどのトランザクションワークロードを支えるブロックストレージの基盤となっています。

ファイルシステムへの依存

ブロックストレージ自体はファイルやフォルダを理解しません。人間が理解できるファイル構造を基盤となるブロックにマッピングするのは、その上に構築されたファイルシステムです。この緊密な統合により、アプリケーションは標準的なファイルI/Oを通じてブロックストレージをローカルドライブのように使用できます。

強固な一貫性

ほとんどのエンタープライズ向けブロックシステムは、データが安全に保存されるか冗長メディアにミラーリングされた後にのみ書き込みを確定します。ジャーナリングや書き込み事前記録（WAL）などのメカニズムにより、書き込みが承認されると、データは直ちに一貫性を持って後続の読み取りに利用可能になります。これはトランザクションの整合性にとって極めて重要です。

オブジェクトストレージとは？

オブジェクトストレージは全く異なるアプローチを採用します。固定サイズのブロックを管理する代わりに、データをオブジェクトと呼ばれる自己完結型の単位として扱います。各オブジェクトには以下がまとめられます：

1. データ本体（写真、動画、ログ、バックアップなど）
2. そのデータを記述する豊富なメタデータ（タイプ、サイズ、作成日時、タグ）
3. グローバルに一意の識別子（オブジェクトID）。

オブジェクトストレージは、データのバレットパーキングシステムと考えることができます。ファイルを預けると引換券（ID）を受け取り、保存場所を知る必要はありません。再度要求すると、システムは即座にそれを見つけます。メタデータは引換券のメモとして機能し、何をいつ保存したかを記述します。

フラットなアドレス空間とAPIアクセス

オブジェクトストレージは従来のフォルダ階層を排除します。全てのオブジェクトはフラットな論理ネームスペース内に存在し、通常はバケットまたはコンテナに組織化されます。ディレクトリを辿る必要がないため、この構造はほぼ無限に拡張可能です。オブジェクトへのアクセスは、GET、PUT、DELETEなどのコマンドを用いたHTTP経由のRESTful APIを介してプログラム的に行われます。このAPI主導の設計が、クラウドネイティブ環境における自然な選択肢となっています。

耐久性と冗長性

耐久性は中核原則です。オブジェクトシステムはRAIDに依存せず、レプリケーションまたはエラー訂正符号化を採用します。レプリケーションは各オブジェクトの完全コピーを複数ノード/サイトに分散保存し即時可用性を実現。エラー訂正符号化はオブジェクトをフラグメントとパリティブロックに分割しクラスター全体に分散するため、複数ドライブ/ノード障害時でも復旧可能です。完全レプリケーションよりオーバーヘッドを抑えながら高い耐障害性を達成します。

不変性とバージョン管理

多くのオブジェクトシステムは不変性をサポートし、定義された保持期間中はオブジェクトの変更や削除ができません（WORM）。これにより、バックアップやアーカイブをランサムウェア、誤削除、時には不正なシステム管理者の操作から保護します。バージョン管理はこれをさらに発展させます。オブジェクトが更新されると、古いバージョンを上書きする代わりに新しいバージョンが作成されます。以前のバージョンはアクセス可能なまま維持され、完全なデータ履歴と復旧オプションを保証します。

例えば、DataCore Swarmはバージョン管理とWORMポリシーを組み合わせ、改ざん防止機能を備えた不変オブジェクトストレージを実現します。

ブロックストレージとオブジェクトストレージの主な違い

データストレージアーキテクチャ：ブロック対オブジェクト

選び方

いつものように、どちらが「優れているか」ではなく、アプリケーションに合っているかが重要です。自問してください：

• アプリケーションはどのようにデータにアクセスしますか？： ボリュームをマウントしてファイルシステムを使用するアプリケーション（SQLやVMwareなど）にはブロックストレージが必要です。Web APIを使用するクラウドネイティブアプリケーションにはオブジェクトストレージが自然に適合します。
• I/Oパターンは？： 毎秒数百万回のランダムな小規模読み書きにはブロックストレージが適しています。ビデオやバックアップのようなシーケンシャル書き込みやストリーミングワークロードにはオブジェクトストレージが効果的です。
• 必要なスケーリングの種類は？： SANに数テラバイトを追加する必要がある？ブロックストレージが対応します。耐久性要件のあるペタバイト規模、地域横断、クラウド間での拡張が必要？そこではオブジェクトストレージが真価を発揮します。

現代の環境では、両者が共存するのが一般的です：高性能ワークロードにはブロックストレージ、大規模で耐久性が必要なデータにはオブジェクトストレージを採用します。

クライムとStarWindが提供できる支援

高性能ブロックストレージ向け：

StarWind Virtual SAN (VSAN)は、仮想化環境およびハイパーコンバージド環境向けに、低遅延・高可用性を備えた共有ブロックストレージを提供します。ノード間でデータをミラーリングし、ハードウェア障害時でもデータベースやVMをオンライン状態に維持します。

結論

議論はブロック対オブジェクトではなく、ブロックとオブジェクトです。バランスの取れたストレージ戦略において、それぞれが異なる役割を果たします。ブロックストレージは高速なトランザクションシステムを支え、オブジェクトストレージは長期的なスケーラビリティ、耐久性、データ保護を提供します。

それぞれの適所を理解することで、現在の高性能なインフラ設計と将来のスケーラビリティを両立させることが可能になります。