MPIO（マルチパス I/O）とは？

今日のデータ駆動型の世界では、高可用性と最適なストレージ性能の確保が不可欠です。信頼性の高いストレージがなければ、アプリケーションが遅くなり、トランザクションが失敗し、企業が停止する可能性があります。

マルチパス I/O（MPIO）は、ストレージ・デバイスとホスト・コンピュータ・システム間に複数の物理パスを提供することで、これらの目標に大きく貢献する技術です。MPIO を理解することは、ストレージ・インフラの最適化とデータの信頼性向上を目指す IT プロフェッショナルにとって不可欠です。

この記事では、ストレージ・システムにおける MPIO の仕組み、メリット、実装について解説します。

MPIO（マルチパス I/O）とは？

マルチパス I/O（MPIO）は、ストレージ・エリア・ネットワーク（SAN）で使用され、ファイバー・チャネル、iSCSI、InfiniBand などの複数の物理パスをホスト・サーバーからストレージ・デバイスに提供します。この主な目的は、データ転送に複数のパスを利用することで、耐障害性と性能を向上させることです。1 つのパスに障害が発生すると、MPIO は自動的に I/O 操作を別の使用可能なパスに再ルーティングし、ストレージ・リソースへの継続的なアクセスを確保します。

マルチパス I/O は、ホストとストレージ・デバイス間に複数の冗長パスを作成します。これらのパスは、負荷のバランスをとるために同時に使用したり、アクティブ・パスに障害が発生した場合に引き継ぐためにスタンバイにしたりすることができます。この冗長性により、データ転送は中断されず、効率的です。

MPIO の仕組み

MPIO は、2 つの主要なメカニズムを使用して、ストレージ・デバイスとサーバー間のデータ転送を最適化します。

• 負荷分散：システム内の全てのデータパスを、複数レーンの高速道路として想像してみてください。MPIO は、複数のレーンを使用して、車などの利用可能な全てのパスに I/O 要求（データ・トラフィック）を分散します。負荷を分散することで、単一のパスでのボトルネックを回避し、データ転送速度を高速化します。同様に、利用可能な全てのパスが効果的に利用され、ストレージ・トラフィックに利用可能なネットワーク帯域幅全体を最大化します。
• フェイルオーバー：フェイルオーバーをバックアップ・ルートとして考えてみましょう。パスが誤動作した場合（高速道路のレーン・クロージャなど）、MPIO は自動的にデータ・トラフィックを別の運用パスに再ルーティングします。これはシームレスに発生し、アプリケーションやストレージにアクセスするユーザーの混乱を最小限に抑えます。

MPIO のメリット

MPIO は、ストレージ・システムの性能、信頼性、管理性を大幅に向上させるいくつかのメリットを提供します。これらの利点には、次のようなものがあります。

• 性能の向上：MPIO は、データ転送に複数のパスを使用することで、単一のパス設定と比較して利用可能な帯域幅を 2 倍にすることができます。これにより、データ転送速度が高速化し、ストレージ・システム全体の性能が向上します。データベース、仮想マシン、ビデオ編集ソフトウェアなどの高速データ・アクセスを必要とするアプリケーションに特に役立ちます。
• 信頼性と耐障害性：複数のパスが利用可能な MPIO は、単一の障害点のリスクを大幅に低減します。1 つのパスが故障した場合、サービスは中断することなく、システムはシームレスに代替パスに切り替えられます。このフェイルセーフ設計は、データへの継続的なアクセスを保証し、ダウンタイムを最小限に抑え、MPIOは、わずかな中断でもコストがかかるミッションクリティカルなアプリケーションに最適です。
• スケーラビリティと柔軟性：MPIO はスケーラブルなストレージ・ソリューションを提供します。新しいストレージ・コントローラやホスト・バス・アダプタ（HBA）を、パスを追加することで簡単に追加できます。また、システムは自動的にそれらを組み込み、性能と冗長性を向上させます。この柔軟性により、データ・ストレージのニーズが増大するにつれて、ストレージ容量の拡張と性能の向上が容易になります。
• シンプルな管理：場合によっては、MPIO は、ホストとストレージ・デバイス間の全てのパスを管理する単一のインターフェースを提供することで、ストレージ管理を簡素化できます。
• ケーブルの複雑さを軽減：MPIO は、各パスに対して別々のケーブルを実行する場合と比較して、冗長性を実現するために、物理的なケーブルの使用を減らすことで、ケーブルの乱雑さを軽減することがあります。

MPIO と他のストレージ技術の比較

MPIO は、ストレージ・システムの性能を最適化するために使用される多くの技術の 1 つにすぎません。通常、これらの技術の一部は、堅牢なストレージ・インフラを構築するために MPIO とともに使用されます。

MPIO と RAID

RAID（独立ディスクの冗長アレイ）と MPIO は、データの信頼性と性能の向上を目指していますが、異なるレベルで動作します。RAID は、ディスク・レベルで冗長性と性能を向上させます。これにより、複数の物理ディスクを単一の論理ユニットに統合できます。RAID は、ストライピングによる読み取り性能の向上、ミラーリングやパリティ・スキームによる冗長性などのメリットを提供します。

一方、MPIO はパス・レベルで動作します。これにより、ホスト・システムとストレージ・デバイス間のデータ転送のための複数の冗長パスが確保されます。RAID は、ストレージ・アレイ（ディスクで構成される）内のデータの冗長性と速度に焦点を当てていますが、MPIO は、サーバーとストレージ・システム間の接続を含む、ストレージ・ネットワーク全体の接続冗長性と負荷分散を保証します。

MPIO と HBA

ホスト・バス・アダプタ（HBA）は、ホスト・システム（サーバー）とストレージ・ネットワーク間の物理的な接続とデータ転送機能を提供するハードウェア・コンポーネントです。HBA は、サーバーをディスク・アレイや SAN などのストレージ・デバイスに接続するために不可欠です。

HBA はデータ転送の基盤を提供しますが、MPIO は複数のパスを管理し、フェイルオーバーとロード・バランシングを確保することで、それらを構築します。MPIO は、HBA が提供する未加工の接続を利用してインテリジェンスを追加し、データ転送プロセスの信頼性と効率性を高めます。MPIO は、データ転送パスに冗長性と信頼性を追加することで HBA を補完します。

MPIO の実装

オペレーティング・システムに応じて、以下のように MPIO を実装できます。

Windows サーバー

• MPIO 機能のインストール

  • GUI メソッド：サーバー・マネージャーを開き、役割と機能の追加に移動します。ウィザードを進み、機能で マルチパス I/O を選択し、画面の指示に従います。
  • PowerShell メソッド：PowerShell ウィンドウで管理者権限を持つ次のコマンドを使用します。

$ Install-WindowsFeature -Name Multipath-IO

• 特定のデバイスに対して MPIO を有効にする

  • コンピュータの管理コンソールを開き、ストレージ > ディスクの管理に移動
  • ストレージ・デバイスを右クリックし、プロパティを選択
  • MPIO タブに移動し、「マルチパス I/O を有効にする」のチェック・ボックスをオンにする
  • このタブでは、パス選択ポリシーとフェイルオーバー設定をさらに設定可能

• MPIO の構成：

mpclaim コマンドを使用して、マルチパス I/O 用にデバイスを構成します。

$ mpclaim -r -i -a ""

ピュア・ストレージの FlashArray のガイドを参照して、Windows サーバーでのマルチパスの設定方法を確認できます。

Linux

• マルチパス・ツールのインストール：

Debian/Ubuntu Linux ディストリビューションでは、sudo 権限を持つターミナルで次のコマンドを実行します。

$ sudo apt-get install multipath-tools

Red Hat/CentOS の場合：

$ sudo yum install multipath-tools

• マルチパスの構成：

/etc/multipath.conf ファイルを編集して、マルチパス構成を定義します。このステップはオプションであり、上級ユーザーまたは特定の構成を必要とするユーザーにのみ推奨されます。

• マルチパス・サービスを有効にする：

最後に、sudo 権限を持つターミナルで次のコマンドを使用して、マルチパス・サービスを起動して有効にします。

$ sudo systemctl enable multipathd
 $ sudo systemctl start multipathd

MPIO 構成のベストプラクティス

MPIO 構成を最適化することは、MPIO 構成のメリットを最大化する上で重要な役割を果たします。以下のベストプラクティスを念頭に置いてください。

• パスの優先順位付け：重要なパスがデータ転送に使用されるように、パスの優先順位を設定できます。これは、ミッションクリティカルなアプリケーションを実行するストレージ・デバイスにとって特に重要です。
• ロード・バランシング・アルゴリズム：ワークロードとストレージ・アレイの機能に応じて、適切な負荷分散アルゴリズムを選択します。一般的なオプションには、ラウンドロビン、最小キュー深度、重み付きパスなどがあります。
• パスの健全性を監視：利用可能な全てのパスの健全性と性能を定期的に監視します。ほとんどのオペレーティング・システムは、パス・ステータスを表示し、潜在的な問題を特定するためのツールを提供しています。パスの問題の早期検出は、性能の低下や停止の防止に役立ちます。
• フェイルオーバーのテスト：実際の障害を待つ必要はありません。フェイルオーバー機能を定期的にテストし、プライマリ・パスに障害が発生した場合に MPIO が健全なパスにシームレスに切り替わることを確認します。このプロアクティブなテストは、高いデータ可用性を維持し、ダウンタイムを最小限に抑えるのに役立ちます。
• MPIO ドライバの更新：MPIO ドライバを最新の状態に保ちます。ドライバの更新には、多くの場合、MPIO 機能のバグ修正や性能向上が含まれます。
• シンプルに始める：MPIO を初めて使用する場合は、MPIO の有効化やデフォルト設定の使用などの基本的な構成オプションから始めてください。ストレージ環境をよりよく理解し、経験を積むことで、パスの優先順位付けやカスタム・ロード・バランシング・アルゴリズムなどの高度な構成オプションを探索できます。

まとめ

MPIO は、ストレージ・システムの性能、信頼性、スケーラビリティを向上させる重要な技術です。MPIO は、データ転送のための複数のパスを提供することで、パス障害が発生した場合でもデータへの継続的なアクセスを保証します。ベストプラクティスに従って MPIO を実装することで、ストレージ・インフラを大幅に最適化できます。

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