Azure ページ BLOB の概要

[アーティクル]
05/11/2023

Azure Storage には、3 つの種類の BLOB ストレージが用意されています。ブロック BLOB、追加 BLOB、およびページ BLOB です。ブロック BLOB はブロックで構成され、テキストまたはバイナリファイルの格納と大きいファイルの効率的なアップロードに最適です。追加 BLOB もブロックで構成されますが、追加操作用に最適化されているので、ログ記録シナリオに最適です。ページ BLOB は 512 バイトのページ (合計で最大 8 TB) で構成され、頻繁なランダムの読み取り/書き込み操作のために設計されています。ページ BLOB は、Azure IaaS ディスクの基盤です。この記事では、ページ BLOB の機能とメリットに重点を置いて説明します。

ページ BLOB は 512 バイトのページの集まりであり、任意の範囲のバイトの読み取り/書き込みを行うことができます。そのため、ページ BLOB は、仮想マシンとデータベースの OS やデータディスクのような、インデックスに基づくスパースデータ構造の格納に最適です。たとえば、Azure SQL DB は、そのデータベースの基になる永続的ストレージとしてページ BLOB を使用します。さらに、ページ BLOB は、範囲を基にした更新を含むファイルにもよく使用されます。

Azure のページ BLOB の重要な機能は、その REST インターフェイス、基礎をなすストレージの耐久性、および Azure へのシームレスな移行機能です。これらの機能については、次のセクションで詳しく説明します。さらに、Azure のページ BLOB は、現時点では次の 2 種類のストレージでサポートされています。Premium Storage と Standard Storage。 Premium Storage は、特に一貫したハイパフォーマンスと待機時間の短縮を必要とするワークロード向けに設計されているため、Premium ページ BLOB をハイパフォーマンスのストレージシナリオに最適なものにします。 Standard ストレージアカウントは、待機時間の影響を受けないワークロードを実行する場合はコスト効率に優れています。

制限

ページ BLOB で使用できるのは、ホット アクセス層のみであり、クールまたはアーカイブ層を使用することはできません。アクセス層の詳細については、BLOB データのホット、クール、アーカイブアクセス層に関するページをご覧ください。

サンプルユースケース

ページ BLOB のいくつかのユースケースについて、Azure IaaS ディスクから説明します。 Azure のページ BLOB は、Azure IaaS の仮想ディスクのプラットフォームのバックボーンです。 Azure の OS とデータディスクは両方とも仮想ディスクとして実装され、そこでデータは Azure Storage プラットフォームで永続化され、その後、パフォーマンスを最大にするために仮想マシンに配信されます。 Azure ディスクは HYPER-V VHD 形式で永続化され、Azure Storage にページ BLOB として格納されます。ページ BLOB は、Azure IaaS VM の仮想ディスクを使用するだけでなく、現時点で SQL データの格納のためにページ BLOB を使用している Azure SQL DB サービスなどの PaaS と DBaaS のシナリオも実現して、データベースの高速でランダムな読み取り/書き込み操作を可能にします。もう 1 つの例として、コラボレーション用のビデオ編集アプリケーションの共有メディアへのアクセスに PaaS サービスを使用している場合は、ページ BLOB によってメディア内のランダムな場所への高速アクセスが可能になります。また、複数のユーザーが同じメディアを高速かつ効率的に編集したりマージしたりできるようにもなります。

Azure Site Recovery、Azure Backup のようなファーストパーティの Microsoft サービスと、多くのサードパーティの開発者は、ページ BLOB の REST インターフェイスを使用して、業界をリードするイノベーションを実装しています。 Azure に実装されている固有のシナリオの一部を、次に示します。

アプリケーションをターゲットにした増分スナップショットの管理:アプリケーションは、ページ BLOB のスナップショットと REST API を利用して、コストがかかるデータの重複を発生させずに、アプリケーションのチェックポイントを保存できます。 Azure Storage では、ページ BLOB のローカルスナップショットがサポートされています。このスナップショットは、BLOB 全体のコピーを必要としません。これらのパブリックスナップショット API では、スナップショット間でのデルタへのアクセスとコピーも可能です。
オンプレミスからクラウドへのアプリケーションとデータのライブマイグレーション:オンプレミスの VM の実行を続けながら、オンプレミスデータをコピーし、REST API を使用して Azure のページ BLOB に直接書き込みます。ターゲットが書き込まれたら、そのデータを使用して Azure VM にすばやくフェールオーバーできます。このようにして、最小限のダウンタイムで VM と仮想ディスクをオンプレミスからクラウドに移行できます。これは、VM の使用を続けている間にバックグラウンドでデータの移行が行われて、フェールオーバーに必要なダウンタイムが短縮されるためです (数分)。
SAS ベースの共有アクセス。コンカレンシー制御のサポートによる複数のリーダーと単一のライターのようなシナリオを実現できます。

アンマネージドディスクは廃止される予定です。詳細については、「2025 年 9 月 30 日までに Azure アンマネージドディスクを移行する」を参照してください。

価格

ページ BLOB で提供されるストレージの種類には、それぞれ独自の価格モデルがあります。 Premium ページ BLOB はマネージドディスクの価格モデルに従いますが、標準ページ BLOB は、使用されたサイズと各トランザクションに対して課金されます。詳細については、Azure ページ BLOB の価格ページを参照してください。

ページ BLOB の機能

REST API

ページ BLOB を使用した開発の概要については、次のドキュメントを参照してください。例として、.NET 用ストレージクライアントライブラリを使用してページ BLOB にアクセスする方法について見てみましょう。

次の図は、アカウント、コンテナー、およびページ BLOB の全体的な関係を示しています。

アカウント、コンテナー、およびページ BLOB の関係を示すスクリーンショット

指定したサイズの空のページ BLOB を作成する

最初に、コンテナーへの参照を取得します。ページ BLOB を作成するには、GetPageBlobClient メソッドを呼び出してから、PageBlobClient.Create メソッドを呼び出します。作成する BLOB の最大サイズを渡します。サイズは 512 バイトの倍数にする必要があります。

long OneGigabyteAsBytes = 1024 * 1024 * 1024;

BlobServiceClient blobServiceClient = new BlobServiceClient(connectionString);

var blobContainerClient =
    blobServiceClient.GetBlobContainerClient(Constants.containerName);

var pageBlobClient = blobContainerClient.GetPageBlobClient("0s4.vhd");

pageBlobClient.Create(16 * OneGigabyteAsBytes);

ページ BLOB のサイズを変更する

ページ BLOB のサイズを作成後に変更するには、Resize メソッドを使用します。要求するサイズは 512 バイトの倍数でなければなりません。

pageBlobClient.Resize(32 * OneGigabyteAsBytes);

ページ BLOB にページを書き込む

ページを書き込むには、PageBlobClient.UploadPages メソッドを使用します。

pageBlobClient.UploadPages(dataStream, startingOffset);

これにより、最大 4MB の連続した一連のページを書き込むことができます。書き込み先のオフセットは、512 バイト境界で開始し (startingOffset %512 = = 0)、512 境界 - 1 で終了する必要があります。

連続した一連のページの書き込み要求が BLOB サービスで成功し、耐久性と回復性がレプリケートされるとすぐに、書き込みがコミットされ、クライアントに成功が返されます。

下の図は、2 つの別個の書き込みの操作を示しています。

2 つの別個の書き込みの操作を示す図。

長さ 1024 バイトのオフセット 0 で開始する書き込み操作
長さ 1024 のオフセット 4096 で開始する書き込み操作

ページ BLOB からページを読み取る

ページを読み取るには、PageBlobClient.Download メソッドを使用して、ページ BLOB から一定範囲のバイトを読み取ります。

var pageBlob = pageBlobClient.Download(new HttpRange(bufferOffset, rangeSize));

これにより、BLOB 全体、または BLOB 内の任意のオフセットから始まるバイトの範囲をダウンロードすることができます。読み取りの際は、オフセットが 512 の倍数で開始する必要はありません。 NUL ページからバイトを読み取ると、サービスが 0 バイトを返します。

次の図は、オフセットが 256 で範囲のサイズが 4352 の読み取り操作を示しています。返されるデータはオレンジ色で強調表示されています。 NUL ページの場合はゼロが返されます。

オフセットが 256 で範囲のサイズが 4352 の読み取り操作を示す図

データがほとんど設定されていない BLOB がある場合は、0 バイトの送信に対する支払いを回避したり、ダウンロードの待機時間を短縮したりするために、有効なページ領域だけをダウンロードすることもできます。

データに裏付けられているページを確認するには、PageBlobClient.GetPageRanges を使用します。その後、返される範囲を列挙し、各範囲内のデータをダウンロードできます。

IEnumerable<HttpRange> pageRanges = pageBlobClient.GetPageRanges().Value.PageRanges;

foreach (var range in pageRanges)
{
    var pageBlob = pageBlobClient.Download(range);
}

ページ BLOB をリースする

BLOB のリース操作は、書き込み操作と削除操作のための BLOB のロックを設定および管理します。この操作は、ページ BLOB が複数のクライアントからアクセスされているというシナリオで、一度に 1 つのクライアントしか BLOB に書き込めないようにする場合に便利です。たとえば、Azure ディスクは、ディスクが確実に 1 つの VM でのみ管理されるようにするために、このリースメカニズムを利用します。ロック期間は、15 ～ 60 秒にすることも、無限にすることもできます。詳細については、こちらのドキュメントを参照してください。

ページ BLOB は、豊富な REST API だけでなく、共有アクセス、耐久性、および強化されたセキュリティも提供します。これらのメリットについて、次の段落で詳しく説明します。

同時アクセス

ページ BLOB の REST API とそのリースメカニズムにより、アプリケーションが複数のクライアントからページ BLOB にアクセスすることができます。たとえば、ストレージオブジェクトを複数のユーザーと共有する分散クラウドサービスをビルドする必要があるとします。これは、複数のユーザーにイメージの大規模なコレクションを提供する Web アプリケーションである可能性があります。これを実装するための 1 つのオプションは、接続されたディスクと VM を使用することです。この欠点として、(i) ディスクが 1 つの VM にしか接続できない、スケーラビリティや柔軟性が制限され、リスクが増すという制約があります。 VM または VM で実行されているサービスに問題がある場合は、リースのため、リース期限が切れるか中途解約するまでイメージにはアクセスできず、(ii) IaaS VM の所有に追加のコストがかかります。

もう 1 つのオプションは、Azure Storage REST API 経由でページ BLOB を直接使用することです。このオプションは、コストの高い IaaS VM が不要で、複数のクライアントからの直接アクセスに十分な柔軟性があり、ディスクの接続/取り外しの必要をなくすことでクラシックデプロイモデルを簡略化し、VM 上の問題のリスクを排除します。さらに、ランダムの読み取り/書き込み操作にディスクと同じレベルのパフォーマンスを提供します

耐久性と高可用性

Standard Storage と Premium Storage はどちらも耐久性のあるストレージであり、ページ BLOB のデータは耐久性および高可用性を確保するために常にレプリケートされます。Azure は、IaaS ディスクとページ BLOB に対してエンタープライズレベルの耐久性を一貫して提供し、業界をリードする年間故障率 0% を実現しています。

Standard Storage と Premium Storage のアカウントの Azure Storage の冗長性の詳細については、「Azure Storage の冗長性」と、具体的には次の 2 つのセクションを参照してください。

Azure へのシームレスな移行

独自のカスタマイズしたバックアップソリューションの実装に関心をお持ちのお客様と開発者には、Azure は、デルタを保持するだけの増分スナップショットも提供しています。この機能により最初の完全コピーのコストがかからないため、バックアップのコストを大幅に削減できます。差分データを効率的に読み取りおよびコピーする機能だけでなく、これは開発者からのさらなるイノベーションを可能にするもう 1 つの強力な機能であり、Azure でのクラス最高のバックアップとディザスターリカバリー (DR) のエクスペリエンスにつながります。 Get Page Ranges API と、DR の増分データを簡単にコピーするために使用できる Incremental Copy Blob API と共に、Blob スナップショットを使用して、Azure の VM 用の独自のバックアップまたは DR ソリューションをセットアップできます。

さらに、多くの企業では、重要なワークロードがオンプレミスのデータセンターで既に実行されています。ワークロードをクラウドに移行する場合の主な関心事の 1 つは、データをコピーするために必要なダウンタイムの時間と、切り替え後の予期しない問題のリスクです。多くの場合、ダウンタイムは、クラウドへの移行で致命的な問題になる可能性があります。 Azure は、ページ BLOB の REST API を使用して、重要なワークロードの中断を最小限にしてクラウドの移行を実現することで、この問題を解決します。

スナップショットの作成方法とスナップショットからのページ BLOB の復元方法の例については、増分スナップショットを使用したバックアッププロセスの設定に関する記事を参照してください。