EC2 ストレージ：インスタンスストアと EBS

EC2 インスタンスでは、Instance Store と Amazon EBS（Elastic Block Store）という 2 種類のローカルストレージを使用できます。Instance Store はホストサーバーに物理的に接続されており、非常に高い IOPS とスループットを提供しますが、重要な注意点があります。インスタンスを停止または終了するとデータが失われます。EBS は、インスタンスの停止、起動、終了後も存続する永続的なネットワーク接続型ブロックストレージを提供します。どちらをいつ使用するかを理解することは、SAA-C03 試験で繰り返し問われるテーマです。

Instance Store（一時ストレージとも呼ばれます）は、EC2 インスタンスを実行するホストハードウェアに物理的に接続された NVMe SSD で構成されます。Instance Store 内のデータは、インスタンスが停止、休止、終了されたとき、または基盤となるハードウェアに障害が発生したときに失われます。ただし、再起動後もデータは保持されます。Instance Store は、バッファ、キャッシュ、スクラッチデータ、一時ファイル、フリート全体に複製されるデータ（例: Cassandra ノード）に最適です。すべてのインスタンスタイプに Instance Store が含まれるわけではありません。d サフィックスを確認してください（例: i3.xlarge、m5d.large）。

Amazon EBS ボリュームは、EC2 インスタンスのライフサイクルとは独立して存続するネットワーク接続型ストレージです。EBS ボリュームは特定の Availability Zone に存在し、一度に 1 つの EC2 インスタンスにアタッチできます（io1/io2 のマルチアタッチを除く）。インスタンスを停止して再起動しても、EBS ボリュームはすべてのデータを保持します。あるインスタンスからデタッチして同じ AZ 内の別のインスタンスにアタッチしたり、スナップショットを作成して別の AZ または Region にコピーしたりできます。

AWSでは4種類のEBSボリュームタイプを提供しています。gp3（汎用SSD）は、3,000 IOPSおよび125 MB/sをベースラインとし、最大16,000 IOPSおよび1,000 MB/sまで独立して設定できます。デフォルトであり、ほとんどのワークロードにとって最も費用対効果の高い選択肢です。gp2は、サイズに応じてIOPSが拡張される旧世代の汎用SSDです（3 IOPS/GB、最大16,000 IOPS）。gp3への移行が進められています。io2 Block Expressは、最大256,000 IOPSおよび4,000 MB/sに対応するプロビジョンドIOPS SSDで、SAP HANAやOracleなどのI/O負荷が高いデータベースに適しています。io1は、レガシーなプロビジョンドIOPS SSDです。

HDDベースのEBSタイプは2種類あり、IOPSではなくスループット向けに最適化されています。st1（スループット最適化HDD）は、ベースラインが40 MB/s/TBで、最大250 MB/s/TBまでバーストできます。大規模なシーケンシャル読み取りを行うビッグデータ、ログ処理、データウェアハウスに適しています。sc1（コールドHDD）は、ベースラインが12 MB/s/TBで、最大80 MB/s/TBまでバーストできます。アクセス頻度の低いシーケンシャルデータ向けの、最も低コストなEBSオプションです。HDDボリュームはブートボリューム（ルートデバイス）として使用できません。IOPSよりもスループットが重要で、データアクセスパターンが大規模なシーケンシャル読み取りまたは書き込みである場合に限り、st1またはsc1を選択してください。

EBSスナップショットは、Amazon S3に永続的に保存されるボリュームのポイントインタイムバックアップです（ただし、S3に直接アクセスするのではなく、EC2 APIを通じてアクセスします）。スナップショットは増分方式です。最初のスナップショットではボリューム全体が取得され、それ以降のスナップショットでは、直前のスナップショットから変更されたブロックのみが記録されるため、ストレージコストを削減できます。同じリージョン内であれば、任意のAZの任意のスナップショットから新しいEBSボリュームを作成できます。また、リージョン間のディザスタリカバリのために、スナップショットを別のリージョンへコピーすることもできます。

EBSボリュームとスナップショットは、AWS KMSキーを使用して暗号化できます。暗号化はインスタンスに対して透過的です。インスタンスとボリューム間の転送中のデータ、およびストレージ上の保存データが暗号化されます。アカウントレベルのデフォルト暗号化を有効にすると、アカウント内で新しく作成されるすべてのEBSボリュームが、ボリュームごとの設定なしに自動的に暗号化されます。暗号化されていないボリュームを暗号化するには、スナップショットを作成し、そのスナップショットの暗号化コピーを作成してから、暗号化されたスナップショットから新しいボリュームを作成する必要があります。

EBS Multi-Attachを使用すると、io1またはio2ボリュームを最大16台のEC2インスタンスに、同じアベイラビリティーゾーン内で同時にアタッチできます。アタッチされたすべてのインスタンスは、完全な読み取りおよび書き込みアクセス権を持ちます。これは、クラスター対応ファイルシステムを使用し、アプリケーション層で同時実行性を管理する、Oracle RACやTeradataなどのクラスター化Linuxアプリケーションで使用されます。Multi-Attachは、共有ファイルシステム向けのEFSの代替ではありません。アプリケーションが調整を管理する、クラスター化されたブロックレベルアクセス専用の機能です。

主な判断基準は次のとおりです。永続性が必要ですか? → EBSを使用します。データを再作成できる、またはレプリケーションされていますか? → インスタンスストアが適しており、より高いパフォーマンスを得られます。重要なデータを扱うデータベースですか? → 必ずEBSを使用します（スナップショットと暗号化も併用します）。MLトレーニングやソート処理用の一時的なスクラッチ領域ですか? → 追加コストなしで最大スループットを得られるインスタンスストアを使用します。試験では、特定のワークロードにエフェメラルストレージと永続ストレージのどちらが適しているかを判断するシナリオがよく出題されます。

EBS最適化インスタンスは、EC2インスタンスとEBS間に専用のネットワーク帯域幅を提供します。この帯域幅は、インスタンス全体で使用する一般的なネットワーク帯域幅とは分離されています。これにより、アプリケーションのトラフィックとストレージI/Oの間でネットワーク帯域幅が競合することを防ぎます。現在のほとんどの世代のインスタンスタイプでは、追加料金なしでEBS最適化がデフォルトで有効になっています。古いインスタンスタイプでは、EBS最適化を手動で有効にする必要があり、追加の時間料金が発生する場合があります。I/O負荷の高いデータベースワークロードでは、ボリュームにプロビジョニングしたIOPSを最大限に活用できるよう、インスタンスタイプがEBS最適化されていることを必ず確認してください。

Amazon Data Lifecycle Manager（DLM）は、EBSスナップショットとAMIの作成、保持、削除を自動化します。ライフサイクルポリシーを定義し、バックアップ対象のボリューム（タグで指定）、スナップショットの作成頻度（1、2、3、4、6、8、12時間ごと、または毎日）、保持するスナップショット数を指定します。DLMによりカスタムバックアップスクリプトが不要になり、CloudWatchと統合してポリシーの状態を監視できます。リージョン間スナップショットを作成するには、同じDLM定義内でコピー用ポリシーを設定してください。

このレッスンで学んだAWS Solutions Architect（SAA-C03）の概念について理解度を確認します。

このレッスンでは、インスタンスストアはローカルI/Oパフォーマンスが最も高い一方でエフェメラルであり、停止または終了するとデータが失われること、EBSは永続的なネットワーク接続型ブロックストレージを提供し、IOPS（gp3、io2）またはスループット（st1、sc1）向けに最適化された4種類のボリュームタイプがあること、そしてEBSスナップショットによってS3に保存されるポイントインタイムバックアップを作成でき、AZ間またはリージョン間のリカバリに利用できることを学びました。次はS3オブジェクトストレージの基礎について学びます。