HYCUがNutanix Filesを保護します

DeepStorageについて

DeepStorage, LLC. は、ストレージ、ネットワーク、および関連するデータセンター技術に関するより深い真実を明らかにすることに尽力しており、ITプロフェッショナルの皆様がユーザーに優れたサービスを提供しつつ、適切な時間に帰宅できるよう支援することを目指しています。

DeepStorageレポートは、当社による実機テストと、30年以上にわたる実環境での技術運用経験に基づいています。

実環境でのテストという当社の理念に基づき、システムは大多数のお客様が実際に使用するであろう想定通りに構成されており、ベンチマーク性能を最大化するために設計された「ラボ専用」な構成は避けています。

本レポートは、当社のクライアントによる協賛を受けて作成されました。ただし、DeepStorageは常に、当社の出版物に対する最終的な編集権限を保持しています。

はじめに

IT市場が新しいプラットフォームを採用するたびに、その運用を担当するチームは、そのバックアップ方法を検討しなければなりません。

新しいプラットフォームをエンタープライズ向けバックアップソリューションに追加することも可能ですが、エンタープライズソリューションは、プラットフォーム固有のAPIの利用や、新しいプラットフォームへの最適化に時間がかかります。この最適化の遅れにより、バックアップ処理が遅くなり、システムのパフォーマンスに重大な影響を及ぼす可能性があります。

新しい技術の波が押し寄せた当初は、市場規模が十分に大きくないため、当時の大手企業はこれに対応できず、その結果、より機動性の高いスタートアップ企業にチャンスが生まれます。 1990年代のRISC/UNIX/オープンシステムは、NetBackup、NetWorker、TSM――今日のエンタープライズ分野における「ビッグ3」――をもたらしました。ArcServとBackup ExecはNetWareサーバーのバックアップから始まりましたが、Windows時代になって本格的に普及しました。

ごく最近では、vSphereへの移行に伴い、vRanger、PHD Virtual、そしてもちろんVeeamが誕生しました。

Nutanixが自社開発のAHVハイパーバイザーを推進する中、このパターンは再び繰り返されています。

第一世代のAHVユーザーは、エージェントをインストールしてVMをバックアップするという、バックアップの「暗黒時代」に戻らざるを得ませんでした。Comtrade Softwareのチームはこれを好機と捉え、AHVシステムを保護するために設計され、AHVのスナップショットと統合された初のバックアップアプリケーションであるHYCUを開発し、その後スピンオフさせました。

ここ数ヶ月、他のバックアップベンダーもAHVに対する基本的なサポートを追加してきましたが、HYCUがこのプラットフォームに注力していることから、HYCUは他のベンダーよりも迅速に、Nutanixの幅広い機能をサポートしています。

本「テクノロジー検証概要」では、Nutanixプラットフォームのファイルサービス機能である「Nutanix Files」に対するHYCUのサポートについて検証しました。

本「テクノロジー検証概要」が作成された2019年2月時点で、NutanixのChanged File Tracking APIをサポートしているバックアップアプリケーションはHYCUのみです。

結論

「HYCU Data Protection for Nutanix（HYCU）」は、急成長を遂げているNutanixのHCIインフラストラクチャ向けの、初のプラットフォーム専用バックアップソリューションです。

エンタープライズ向けバックアップアプリケーションも、NutanixのAHVハイパーバイザーやPrism管理サーバーに対して一定のサポートを提供していますが、HYCUのようなプラットフォーム固有のソリューションは、従来より使いやすく、対象プラットフォームとのより緊密な統合を実現しています。

HYCU では、この緊密な連携により、次のようなメリットが得られます：

• HYCUが管理するNutanixスナップショットを復元ポイントとして利用可能
• デフォルトポリシーによる新規作成VMの自動保護
• 変更ファイル追跡のサポート
• ファイルシステムスキャンにかかるオーバーヘッドを排除
• 増分バックアップを大幅に高速化

380万ファイル、 587GiBのファイルシステムを保護するためのHYCUのテスト結果：

• ビジネス要件に沿ったRPO/RTOに基づくポリシー定義
• ポリシー準拠には推定復旧時間が含まれます
• 増分バックアップファイルの列挙が10秒未満
• 目立ったパフォーマンスへの影響はありません

Nutanix インフラへの投資を計画されている組織は、その投資を最大限に活用するために、HYCU をぜひご検討ください。

ファイルサービス：HCI に欠けている要素

HCI ソリューションは、ソフトウェアを使用して、ハイパーバイザーホストにインストールされたストレージメディアを、そのホスト上で実行されている仮想マシンが利用できる耐障害性の高いストレージプールに変換します。ほとんどの HCI ソリューションに欠けているのは、ファイルサービスです。

VSANクラスターはVM用に十分な容量を提供しますが、ファイル共有が必要な場合は別のソリューションが必要となります――そして、ファイル共有は常に必要不可欠です。HCIアプリケーションの代表格であるVDIでさえ、ユーザーのパーソナライズ情報やデータファイルをすべて格納するために、信頼性が高く高性能なファイルサービスが必要です。

一部の組織では、仮想Windowsファイルサーバーやファイルサーバークラスターを運用しています。Windowsサーバーは、一般的に考えられている以上に堅牢であり、SMBやActive Directoryとの統合においてはゴールドスタンダードとなっています。一方で、1台または複数のVMでストレージサービスを提供することは、管理やパッチ適用が必要なVMが増えることを意味し、クラスターの起動も複雑になります。 また、エンタープライズ向けNASファイラーを採用している組織もありますが、それにより、高価な専用ストレージハードウェアを排除するというHCIの利点を活かせずにいます。

そこで登場するのが、Nutanix Filesです

Nutanix Files（旧称：Acropolis File Services）は、3台以上の仮想マシンを使用してスケールアウト型ファイルサーバーを構築し、SMB（2.0、2.1、3.0）およびNFS（v4）サービスを提供します。 Nutanix Filesは、ほとんどのLinuxベースのNASシステムよりも、Windowsクライアントのサポートに優れています。Nutanix Filesは適切なNTFS ACLを使用し、Windowsファイルエクスプローラーの「以前のバージョン」機能もサポートしているため、ユーザー自身がスナップショットからデータを復元することが可能です。

ファイルサーバーと共有はPrism UIを介して作成・管理されるため、Nutanix FilesはVMとして動作するWindowsファイルサーバークラスターよりも管理が格段に容易です。新しいファイルサーバーを作成するには、ウィザードにVMのIPアドレスとサイズを入力し、Prismがすべての作業を完了するのを待つだけです。

Nutanixクラスターの分散データストアへのSMB/NFSアクセスを提供することで、Nutanix FilesはHCIの機能セットにおける明らかなギャップを埋めています。

HYCUのご紹介

ハイパーバイザーのリソースを保護するバックアップアプリケーションとしてふさわしいことに、HYCUは仮想マシンイメージとして配布されています。 これにより、管理者は、VMの起動、パッチの適用、ランタイムなどの前提条件の整備、バックアップアプリケーションのインストールといった面倒な作業から解放されるだけでなく、VMにHYCUが依存するすべてのライブラリやパッケージが確実に含まれるようになります。

イメージファイルがデプロイされ、IP アドレスが割り当てられると、HYCU の HTTP インターフェースを使用して、バックアップコントローラーを Prism または vCenter に接続したり、HYCU を操作したりするなど、設定を簡単に完了することができます。

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データの保護を開始するには、別のNutanix Filesクラスター、Azure、S3互換のオブジェクトストア、またはiSCSI LUNなどのSMBまたはNFS共有上にバックアップ先を設定するだけです。 （現時点では、テープや仮想テープライブラリは使用できませんが、これはおそらく良いことだと思います。）あとは、HYCUがPrismやvCenterで検出したVM、ファイル共有、アプリケーションにバックアップポリシーを割り当て、それらを保存先に指定するだけです。

モダンなバックアップ：ジョブではなくポリシー

従来のバックアップアプリケーションは、バックアップジョブを中心に構成されています。管理者は、フルバックアップや増分バックアップをどのくらいの頻度で実行するかを決定し、各タイプにスケジュールを割り当てる必要があります。 そうするうちに、バックアップアプリケーションのコンソールは、何百ものジョブのスケジュールで埋め尽くされ、それらの間の依存関係はメモや組織内の暗黙の了解の中に埋もれてしまいます。

HYCUのようなより現代的なバックアップソリューションでは、ポリシーが採用されています。

管理者は、保護対象のリソースに対して、バックアップコピーの頻度、保持期間、および保存先を指定します。ポリシーを定義するには、バックアップ頻度を指定するだけでよく、これはRPO（復旧時点目標）や復旧時間目標、あるいはRPOと保持期間に関連付けられます。

HYCUは、各コピーを実行する際にバックアップおよび復元のパフォーマンスをテストし、バックアップジョブが失敗した場合だけでなく、HYCUがこのリソースの復元がポリシーのRPOを超えると予測した場合にも、そのリソースがポリシーに準拠していないと報告します。

HYCUのポリシーでは、フルバックアップや増分バックアップを固定のスケジュールで実行するのではなく、変更の閾値を指定します。デフォルトのプロファイルでは、変更量が25％を超えた場合にHYCUがフルバックアップを実行します。これだけでも、ほとんどの企業データセンターにある大量のコールドデータにおけるバックアップトラフィックを大幅に削減できるはずです。

より高度なポリシーオプションのいくつかからは、HYCUとAHVインフラストラクチャとの緊密な連携がうかがえます。例えば、高速復元オプションは、Nutanixスナップショットの保持期間を管理し、レプリカからのバックアップオプションは、リモートVMのレプリケートされたコピーからバックアップを作成します。

スナップショットと変更ファイル追跡
— ファイルをバックアップする現代的な方法

従来、バックアップアプリケーションは、ファイルシステムのメタデータを走査することで増分バックアップを開始していました。最終更新日やアーカイブビットを確認し、変更されたためバックアップが必要なファイルのリストを作成していました。 しかし、ファイルシステムのスキャンには多大な処理負荷がかかり、ユーザーが実際にファイルにアクセスする際の速度を低下させたり、長時間かかる可能性があります。

大規模なファイルシステムの場合、各バックアップジョブの開始時に実行されるファイルシステムのスキャンが、変更された比較的少数のファイルをバックアップリポジトリにコピーする作業よりも、実際には長い時間を要することが珍しくありません。 初期のファイルシステムスキャンに24時間以上かかったため、ユーザーが毎日の増分バックアップのSLAを維持できなかったという事例を、私たちはいくつか目にしてきました。

この問題を回避するため、NutanixはNutanix Filesに変更ファイル追跡APIを組み込みました。HYCUは、ファイルシステムを走査してSMBやNDMP経由で変更されたファイルをコピーするのではなく、これらのAPIを活用することで、はるかに効率的なバックアップを実行します。

HYCUがNutanixのバックアップAPIを呼び出すと、Nutanix Filesはファイルシステムのスナップショットを作成し、HYCUに対してスナップショットデータへのアクセス権限だけでなく、アプリケーションが前回バックアップAPIを呼び出して以来変更されたファイルの一覧も提供します。

従来のファイルスキャンでは、増分バックアップごとに数時間にわたり、NASのパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。

スナップショットは、ファイルシステムの特定時点における一貫性のあるバージョンを提供するため、旧来のバックアップに伴う「開かれているファイル」や「不整合なファイル」という2つの問題を防止します。 SMB のような標準的なファイルアクセスプロトコルでは、ユーザーが書き込み用に開いているファイルにアプリケーションがアクセスすることはできません。しかし、Outlook の PST ファイルなど一部のファイルは、対応するアプリケーションが開いている限り、開かれたまま（つまりロックされた状態）になります。もし上級執行副社長が Outlook を一度も閉じない場合、その非常に重要な PST ファイルは決してバックアップされません。

さらに厄介なのは、一貫性のないバックアップです。従来のバックアップでは、最初のファイルがバックアップされてからジョブが完了するまでに、数分から数時間かかる場合があります。 バックアップの実行中にアプリケーションが2つ以上のファイルに変更を加えた場合、バックアップシステムは、グループが変更される前に1つのファイルをバックアップし、他のファイルは変更後にバックアップしてしまう可能性があります。これにより、グループの一貫性が失われてしまいます。Nutanix Filesは、特定の時点におけるファイルシステム全体のスナップショットを作成するため、すべてのファイルが利用可能であり、かつ一貫性を保っています。

HYCUは、変更されたファイルのリストとスナップショットにアクセスすると、NutanixのバックアップAPIを使用して複数のファイルに並行してアクセスし、バックアップ先が受け入れ可能な限り速い速度でデータを安全な場所へコピーします。

現在、HYCUはこれらのNutanix APIを完全に活用し、ファイルシステムのスキャンに伴うオーバーヘッドを排除し、完全かつ一貫性のあるバックアップを作成し、データを並列で転送できる唯一のバックアップアプリケーションです。従来のソリューションと比較して、HYCUのバックアップはより高速に実行され、他のアプリケーションへの影響を軽減します。

テスト方法 - HYCUによるNutanix Filesの保護方法

HYCUのNutanixエコシステムへの統合により、AHV仮想マシンの保護にかかるオーバーヘッドが最小限に抑えられ、Nutanixクラスター上で約2日分のスナップショット履歴を容易に維持できるようになります。これにより、仮想マシン全体や個々のファイルを迅速に復元することが可能です。 しかし、VMのバックアップは、Nutanixエコシステム全体をサポートするための第一歩に過ぎません。

そこで、HYCUがNutanix Filesをどのように保護するのかを検証してみました。

これまでの経験から、SMB共有の基本的な保護は容易ですが、ファイルシステムのバックアップを適切に行うには、ファイルシステムとバックアップアプリケーション間のより深い連携が必要であることが分かっています。

まず、保護対象となるデータセットを作成しました。HYCUの担当者からは、ボストン本社にある3ノードのNutanix AHVクラスターへのリモートアクセス権限をいただきました。このクラスターには、Nutanix FilesサーバーとHYCUインスタンスが完備されていました。また、HYCU環境内のバックアップ先へのアクセス権も付与されました。

実際のバックアップ性能は多くの要因に左右される上、共有インフラ上で作業を行っていたため、テストで確認された15MB/sというバックアップ速度は、HYCUや汎用バックアップ先を少し調整することで、さらに向上させることができると考えています。

AFS（Acropolis File Server）上に共有フォルダを作成し、Windows Server 2012の仮想マシンからマウントした後、スクリプトを実行してテスト用ファイルシステムを作成しました。

その結果作成されたファイルシステムには、以下の内容が含まれていました：

この初期データセットは、ファイル数と総容量の両面で非常に大きいため、ファイルシステムを走査して変更されたファイルを探したり、頻繁にフルバックアップを行ったりすることは現実的ではありません。

2時間ごとにファイルシステムをバックアップするバックアップポリシーを作成しました。その後、新しいファイルを作成したり、既存のファイルに追記したり、ファイルを削除したりするスクリプトを実行し、同じ2時間ごとのスケジュールで1日作業を行うユーザーグループを模倣しました。

数日後、1か月間作業したユーザーをかなり忠実にエミュレートできたため、その結果を検証しました。

当スクリプトは、実行ごとに約5％の新規データを生成するようにプログラムされていました。確認したところ、5回または6回に1回のバックアップがフルコピーとなっており、ポリシーで指定された25％の閾値に沿った結果でした。

また、従来のバックアップソリューションの弱点であるファイル共有のカタログ化を、HYCUがどれほど迅速に行えるかについても興味がありました。HYCUでは、ジョブの開始から実際にデータを汎用バックアップ先へ移動するまで、通常1分未満で完了しました。その時間の大部分は、Nutanixシステムによるスナップショットの作成に費やされていました。

変更したファイルが100件であろうと10万件であろうと、スナップショットの準備が整い次第、HYCUが共有フォルダのカタログ化を完了し、データの転送を開始するまでにかかった時間は、10秒を超えることはありませんでした。

復元のためのバックアップ

より具体的には、ユーザーやアプリケーションによって上書き、名前変更、または削除されてしまったファイルを復元できるように、ファイル共有をバックアップしています。HYCU を使用したファイルの復元は簡単です。

まず、共有を選択して、利用可能なさまざまな復元ポイントを表示します。

復元ポイントを選択し、「参照して復元」ボタンをクリックすると、選択したバックアップ時点での共有フォルダのツリービューが開きます。

必要なファイルを選択し、復元したファイルをリダイレクトするか、名前を変更するかを選択してください。これで完了です！CEOが「置き忘れてしまった」あの重要な契約書も、本来あるべき場所にきちんと戻っています。

今回テストは行いませんでしたが、「共有のエクスポート」ボタンを使用すると、共有全体を別のファイルサーバーやNASに復元することができます。

まとめ

HYCUは、保護対象のプラットフォームと緊密に統合された、ポリシー中心の最新のバックアップアプリケーションが持つ利点を明確に示しています。

管理者は、ビジネスニーズに応じたRPO/RTOの観点からポリシーを定義し、システムがそれらのポリシーに準拠しているかどうかを確認することができます。

Nutanixとの緊密な統合により、HYCUはNutanixのスナップショットを復元ポイントとして管理し、新しく作成されたVMをデフォルトのポリシーに自動的に割り当て、NutanixのChanged File Tracking APIを活用して、Nutanix Filesの共有を最小限の負荷でバックアップすることができます。

Nutanix Filesを保護するためのHYCUのテストでは、380万ファイルを超えるファイルシステム内でわずか100ファイルのみを変更した場合でも、増分バックアップに必要な変更ファイルを10秒で特定できることが確認されました。 これは、従来のバックアップソリューションでは数時間を要し、メタデータをスキャンする際にファイルシステムに多大な負荷をかけていたであろう課題です。

Nutanixインフラストラクチャに投資している組織は、HYCUをぜひ検討すべきです。HYCUのようなプラットフォーム固有のソリューションは、従来、エンタープライズ向けバックアッププロバイダーよりも6～18ヶ月早く、CFTのようなバックアップ対応APIをサポートしてきました。