適用対象:
Azure SQL DatabaseFabric の SQL データベース
この記事では、ローカル冗長による可用性とゾーン冗長による高可用性を実現する Azure SQL Database と Fabric SQL Database のアーキテクチャについて説明します。
概要
Azure SQL Database と Fabric SQL Database は両方とも、適用可能なすべてのパッチが適用された Windows オペレーティング システム上の SQL Server データベース エンジンの最新の安定バージョンで実行されます。 SQL Database は、パッチの適用、バックアップ、Windows と SQL エンジンのアップグレードなどの重要なサービス タスク、基になるハードウェア、ソフトウェア、またはネットワークのエラーなどの計画外のイベントを、自動的に処理します。 SQL Database のデータベースまたはエラスティック プールに修正プログラムが適用またはフェールオーバーされた場合、アプリで 再試行ロジックを使用 する場合、ダウンタイムは影響を受けません。 SQL Database は、クリティカルな状況であっても迅速な復旧が可能であるため、データが常に使用可能であることが保証されます。 ほとんどのユーザーは、アップグレードが継続的に実行されていることに気付きません。
既定では、Azure SQL Database はローカル冗長性を通じて 可用性 を実現し、次のような中断がデータベースで処理されるようにします。
- 顧客が開始した管理操作で発生する短いダウンタイム
- サービス メンテナンス操作
- 次に関する問題:
- サービスを稼働するマシンが実行されているラック
- SQL データベース エンジンをホストする物理マシン
- SQL データベース エンジンに関するその他の問題
- その他の、発生する可能性がある計画外のローカル障害
既定の可用性ソリューションは、障害が原因でコミットされたデータが失われないようにし、メンテナンス操作がワークロードへの影響を最小限に抑え、データベースがソフトウェア アーキテクチャの単一障害点にならないように設計されています。
ただし、ゾーン全体が停止した場合のデータへの影響を最小限に抑えるために、ゾーンの冗長性を有効にすることで 高可用性 を実現できます。 ゾーンの冗長性がない場合、フェールオーバーは同じデータ センター内でローカルに実行されるため、障害が解決されるまでデータベースが使用できなくなる可能性があります。復旧する唯一の方法は、 アクティブ geo レプリケーションによる geo フェールオーバー、 フェールオーバー グループ、geo 冗長バックアップの geo リストア などのディザスター リカバリー ソリューションを使用することです。 詳細については、 ビジネス継続性の概要を確認してください。
可用性アーキテクチャ モデルには、次の 3 つがあります。
- コンピューティングとストレージの分離に基づくリモート ストレージ モデル。 リモート ストレージ層の可用性と信頼性に依存します。 このアーキテクチャでは、メンテナンス作業中に一定のパフォーマンス低下を許容できる予算重視のビジネス アプリケーションを対象とします。
- データベース エンジン プロセスのクラスターに基づくローカル ストレージ モデル。 利用可能なデータベース エンジン ノードのクォーラムが常にあることに依存しています。 このアーキテクチャでは、高い IO パフォーマンス、高いトランザクション レートを備えたミッション クリティカルなアプリケーションを対象とし、メンテナンス作業中のワークロードに対するパフォーマンスの影響を最小限に抑えることを保証します。
- コンピューティング ノード、ページ サーバー、ログ サービス、永続ストレージなどの高可用性コンポーネントの分散システムを使用するハイパースケール モデル。 Hyperscale データベースをサポートする各コンポーネントは、それぞれ障害に対して独自の冗長性と回復性を備えています。 計算ノード、ページ サーバー、ログ サーバーは Azure Service Fabric 上で実行されます。これにより、各コンポーネントの正常性が制御され、必要に応じて使用できる正常なノードへのフェールオーバーが行われます。 永続ストレージは、高可用性と冗長性の機能を備えた Azure Storage を使います。 詳細については、 Hyperscale アーキテクチャに関するページを参照してください。
3 つの可用性モデルのそれぞれで、SQL Database はローカル冗長とゾーン冗長のオプションをサポートしています。 ローカル冗長は、データセンター内部の回復性を提供します。一方、ゾーン冗長は、リージョン内の可用性ゾーンの停止から保護することによって、回復性をさらに向上します。
次の表は、サービス レベルに基づく可用性オプションを示しています。
| サービス レベル | 高可用性モデル | ローカル冗長可用性 | ゾーン冗長可用性 |
|---|---|---|---|
| General Purpose (仮想コア) | リモート ストレージ | はい | はい |
| Business Critical (仮想コア) | ローカル ストレージ | はい | はい |
| Hyperscale (仮想コア) | ハイパースケール | はい | はい |
| Basic (DTU) | リモート ストレージ | はい | いいえ |
| スタンダード (DTU) | リモート ストレージ | はい | いいえ |
| プレミアム (DTU) | ローカル ストレージ | はい | はい |
さまざまなサービス レベルの特定の SLA の詳細については、 Azure SQL Database の SLA を確認してください。
ローカル冗長性による可用性
ローカル冗長可用性は、プライマリ リージョンの 1 つのデータセンター内にデータを 3 回コピーし、小規模なネットワークや電源障害などのローカル障害が発生した場合にデータを保護する ローカル冗長ストレージ (LRS) へのデータベースの格納に基づいています。 LRS は、コストが最も安い冗長オプションであり、他のオプションと比較して持続性は最も低くなります。 火災や洪水などの大規模な災害がリージョン内で発生した場合、LRS を使っているストレージ アカウントのすべてのレプリカが失われたり、回復不能になる可能性があります。 そのため、ローカル冗長可用性オプションを使用するときにデータをさらに保護するには、 データベース バックアップに回復性の高いストレージ オプションを使用することを検討してください。 これは Hyperscale データベースには適用されません。その同じストレージがデータ ファイルとバックアップの両方に使われます。
ローカル冗長可用性は、すべてのサービス レベルのすべてのデータベースと、データ損失の量がゼロであることを示す回復ポイントの目標 (RPO) で使用できます。
Basic、Standard、General Purpose のサービス レベル
DTU ベースの購入モデルの Basic サービス レベルと Standard サービス レベル、および仮想コアベースの購入モデルの General Purpose サービス レベルでは、サーバーレスコンピューティングとプロビジョニング済みコンピューティングの両方にリモート ストレージ可用性モデルが使用されます。 次の図は、計算レイヤーとストレージ レイヤーが分離されている4 つの異なるノードを示しています。
リモート ストレージの可用性モデルには、2 つのレイヤーが含まれます。
- ステートレス計算レイヤー。データベース エンジン プロセスが実行され、一時的なデータとキャッシュ データ (アタッチされた SSD 上の
tempdbとmodelデータベース、およびメモリ内のプラン キャッシュ、バッファー プール、列ストア プールなど) のみが含まれています。 このステートレス ノードは、データベース エンジンの初期化、ノードの正常性の制御、必要に応じた他のノードへのフェールオーバーの実行を行う Azure Service Fabric によって操作されます。 - ステートフル データ レイヤー。データベース ファイル (
.mdfおよび.ldf) は Azure Blob Storage に保存されています。 Azure Blob Storage には、データの可用性と冗長性の機能が組み込まれています。 データベース エンジン プロセスがクラッシュした場合でも、ログ ファイル内のすべてのレコードまたはデータ ファイル内のすべてのページが保持されることが保証されます。
データベース エンジンまたはオペレーティング システムがアップグレードされるとき、または障害が検出されたとき、Azure Service Fabric は常に、ステートレス データベース エンジン プロセスを十分な空き容量がある別のステートレス計算ノードに移動します。 Azure Blob Storage 内のデータは移動による影響を受けず、データとログ ファイルは、新しく初期化されたデータベース エンジン プロセスにアタッチされます。 このプロセスにより高い可用性が保証されますが、新しいデータベース エンジン プロセスはコールド キャッシュを使って起動されるため、負荷の高いワークロードでは移行の間にパフォーマンスが低下する可能性があります。
Premium と Business Critical のサービス レベル
DTU ベースの購入モデルの Premium サービス レベルと仮想コアベースの購入モデルの Business Critical サービス レベルでは、コンピューティング リソース (データベース エンジン プロセス) とストレージ (ローカルに接続された SSD) を 1 つのノードに統合するローカル ストレージ可用性モデルが使用されます。 高可用性は、コンピューティングとストレージの両方を追加のノードにレプリケートすることで実現されます。
基になるデータベース ファイル (.mdf/.ldf) は、非常に低い待機時間の IO をワークロードに提供するために、アタッチされている SSD ストレージ上に配置されています。 高可用性は、SQL Server Always On 可用性グループと同様のテクノロジを使用して実装されます。 クラスターには、読み取り/書き込みの顧客ワークロードにアクセス可能な単一のプライマリ レプリカと、データのコピーを格納する最大 3 つのセカンダリ レプリカ (計算とストレージ) が含まれます。 プライマリ レプリカは、常に変更を順番にセカンダリ レプリカにプッシュし、各トランザクションをコミットする前に、十分な数のセカンダリ レプリカにデータが保持されるようにします。 このプロセスにより、何らかの理由でプライマリ レプリカまたは読み取り可能なセカンダリ レプリカがクラッシュした場合に、フェールオーバー先となる完全に同期されたノードが常に存在することが保証されます。 フェールオーバーは、Azure Service Fabric によって開始されます。 セカンダリ レプリカが新しいプライマリ レプリカになると、クォーラムを維持するのに十分な数のレプリカがクラスターに確実にあるよう、別のセカンダリ レプリカが作成されます。 フェールオーバーが完了すると、Azure SQL の接続は、新しいプライマリ レプリカまたは読み取り可能なセカンダリ レプリカに自動的にリダイレクトされます。
その他の利点として、ローカル ストレージ可用性モデルは、読み取り専用の Azure SQL 接続をセカンダリ レプリカの 1 つにリダイレクトする機能を備えています。 この機能は 、読み取りスケールアウトと呼ばれます。プライマリ レプリカから、分析ワークロードなどの読み取り専用操作をオフロードするために、100% 追加のコンピューティング容量を追加料金なしで提供します。
ハイパースケール サービス レベル
Hyperscale サービス レベルのアーキテクチャについては、詳細な図を含む 分散関数アーキテクチャで説明されています。
Hyperscale の可用性モデルには、次の 4 つのレイヤーが含まれます。
- ステートレス計算レイヤー。データベース エンジン プロセスを実行しており、一時的なデータとキャッシュ データのみ (カバーしない RBPEX キャッシュ、
tempdb、アタッチされた SSD 上のmodelデータベースなど、メモリ内のプラン キャッシュ、バッファー プール、列ストア プールなど) が含まれています。 このステートレス レイヤーには、プライマリ計算レプリカと、必要に応じて、フェールオーバー ターゲットとして機能できる多くのセカンダリ計算レプリカが含まれています。 - ページ サーバーによって形成されるステートレス ストレージ レイヤー。 このレイヤーは、計算レプリカで実行されているデータベース エンジン プロセス用の分散ストレージ エンジンです。 各ページ サーバーには、アタッチされた SSD 上のカバーする RBPEX キャッシュ、メモリにキャッシュされたデータ ページなど、一時的なデータとキャッシュされたデータのみが含まれます。 各ページ サーバーでは、負荷分散、冗長性、高可用性を提供するためのアクティブ/アクティブ構成にペアのページ サーバーがあります。
- ステートフルなトランザクション ログのストレージ レイヤー。ログ サービス プロセス、トランザクション ログのランディング ゾーン、およびトランザクション ログの長期保存を実行する計算ノードによって形成されます。 ランディング ゾーンと長期ストレージでは、トランザクション ログの可用性と 冗長性 を提供する Azure Storage が使用され、コミットされたトランザクションのデータの持続性が確保されます。
- ステートフルなデータ ストレージ レイヤー。Azure Storage に格納され、ページ サーバーによって更新される、データベース ファイル (.mdf/.ndf) が含まれます。 このレイヤーでは、Azure Storage のデータの可用性と冗長性の機能 を 使用します。 これにより、Hyperscale アーキテクチャの他のレイヤーのプロセスがクラッシュした場合や、計算ノードで障害が発生した場合でも、データ ファイル内のすべてのページが保持されることが保証されます。
すべての Hyperscale レイヤー内の計算ノードは、Azure Service Fabric で実行されます。これにより、各ノードの正常性が制御され、必要に応じて使用できる正常なノードへのフェールオーバーが行われます。
Hyperscale での高可用性の詳細については、「Hyperscale での データベースの高可用性」を参照してください。
ゾーン冗長による高可用性
ゾーン冗長可用性により、プライマリ リージョンの 3 つの Azure 可用性ゾーンにデータが分散されます。 各可用性ゾーンは、独立した電源、冷却装置、ネットワークを備えた独立した物理的な場所です。
ゾーン冗長可用性は、 仮想コアベースの購入モデルの Business Critical、General Purpose、Hyperscale サービス レベルのデータベースで使用でき、 DTU ベースの購入モデル の Premium サービス レベルでのみ使用できます。Basic サービス レベルと Standard サービス レベルでは、ゾーンの冗長性はサポートされません。
サービス レベルごとにゾーン冗長の実装は違いますが、すべての実装で、フェールオーバー時にコミットされたデータが失われることはなく、回復ポイントの目標 (RPO) が保証されます。
汎用のサービス階層
General Purpose サービス レベルのゾーン冗長構成は、仮想コア購入モデルのデータベースのサーバーレスおよびプロビジョニングのコンピューティングの両方に提供されます。 この構成では、 Azure Availability Zones を使用して、Azure リージョン内の複数の物理的な場所にデータベースをレプリケートします。 ゾーン冗長を選択することで、アプリケーション ロジックを変更することなく、データセンターの壊滅的な障害などの大規模な障害に対する回復性を、新規および既存のサーバーレスおよびプロビジョニング済みの汎用単一データベースやエラスティック プールに持たせることができます。
General Purpose レベル向けのゾーン冗長構成には、次の 2 つの層があります。
- ステートフル データ レイヤー。データベース ファイル (.mdf/.ldf) は ZRS (ゾーン冗長ストレージ) に保存されています。 ZRS を使用すると、データ ファイルとログ ファイルは、物理的に分離された 3 つの Azure 可用性ゾーンに同期的にコピーされます。
- ステートレス計算レイヤー。sqlservr.exe プロセスを実行しており、一時的なデータとキャッシュ データのみ (
tempdb、アタッチされた SSD 上のmodelデータベース、およびメモリ内のプラン キャッシュ、バッファー プール、列ストア プールなど) が含まれています。 このステートレス ノードは、sqlservr.exe の初期化、ノードの正常性の制御、および他のノードへのフェールオーバーを必要に応じて実行する Azure Service Fabric によって操作されます。 ゾーン冗長のサーバーレスおよびプロビジョニング済み General Purpose データベースの場合、予備の容量があるノードをフェールオーバーのために他の Availability Zones ですぐに使用できます。
ゾーン冗長による General Purpose サービス レベル向けの高可用性アーキテクチャを、次の図に示します。
- 可用性ゾーンを持つすべての Azure リージョンでは ゾーン冗長の General データベースがサポートされます。
- ゾーン冗長可用性の場合、既定以外の メンテナンス期間 の選択は、現在、一部のリージョンで使用できます。 詳細については、「 Azure SQL Database のリージョン別のメンテナンス期間の可用性」を参照してください。
- ゾーン冗長は、DTU 購入モデルの Basic と Standard のサービス レベルでは使用できません。
Premium と Business Critical のサービス レベル
Premium または Business Critical サービス レベルでゾーン冗長が有効になっている場合、レプリカは同じリージョン内の異なる可用性ゾーンに配置されます。 単一障害点をなくすため、制御リングも複数のゾーンで 3 つのゲートウェイ リング (GW) として複製できます。 特定のゲートウェイ リングへのルーティングは、 Azure Traffic Manager によって制御されます。 Premium または Business Critical サービス レベルのゾーン冗長構成では、既存のレプリカを使用して異なる可用性ゾーンに配置されるため、追加料金なしで有効にすることができます。 ゾーン冗長構成を選ぶことで、アプリケーション ロジックにまったく変更を加えずに、データセンターの壊滅的な障害などの極めて大規模な障害に対して、Premium または Business Critical のデータベースとエラスティック プールが回復性を備えることができます。 また、既存の Premium または Business Critical のデータベースまたはエラスティック プールをゾーン冗長構成に変換することもできます。
ゾーン冗長による高可用性アーキテクチャを、次の図に示します。
Premium または Business Critical データベースをゾーン冗長で構成する場合は、次の点を考慮してください。
- 可用性ゾーンのあるすべての Azure リージョンは、ゾーン冗長 Premium データベースと Business Critical データベースをサポートします。
- ゾーン冗長可用性の場合、既定以外の メンテナンス期間 の選択は、現在、一部のリージョンで使用できます。 詳細については、「 Azure SQL Database のリージョン別のメンテナンス期間の可用性」を参照してください。
ハイパースケール サービス レベル
Hyperscale サービス レベルのデータベースに対してゾーン冗長を構成することができます。 詳細については、 ゾーン冗長ハイパースケール データベースの作成に関するページを参照してください。
この構成を有効にすると、すべての Hyperscale レイヤーににおける Availability Zones 間のレプリケーションを通じて、ゾーン レベルの回復性が確保されます。 ゾーン冗長を選択することにより、アプリケーション ロジックを変更することなく、データセンターの壊滅的な障害など、大規模な障害に対する Hyperscale データベースの回復性を高めることができます。
ゾーン冗長可用性は、Hyperscale スタンドアロン データベースおよび Hyperscale エラスティック プールの両方でサポートされています。 詳細については、「 Hyperscale エラスティック プール」を参照してください。
次の図は、ゾーン冗長 Hyperscale データベースの基礎となるアーキテクチャを示しています。
次の制限が適用されます。
可用性ゾーンをサポートしているすべての Azure リージョンでは、ゾーン冗長 Hyperscale データベースがサポートされています。
- Hyperscale PRMS および MOPRMS ハードウェアの場合、ゾーン冗長は特定のリージョンで使用できます。 詳細については、 Azure SQL Database のリージョン別の Hyperscale Premium シリーズの可用性に関するページを参照してください。
ゾーン冗長構成は、データベースの作成時にのみ指定できます。 この設定は、リソースがプロビジョニングされた後は変更できません。 既存の Hyperscale データベースのゾーン冗長構成を更新するには、 データベース のコピー、 ポイントインタイム リストア、 または geo レプリカ の作成を使用します。 これらの更新オプションのいずれかを使用する場合、ターゲット データベースがソースとは異なるリージョンにある場合、またはターゲットからのデータベース バックアップ ストレージの冗長性がソース データベースと異なる場合、 コピー操作 はデータ操作のサイズになります。
ゾーン冗長可用性の場合、既定以外の メンテナンス期間 の選択は、現在、一部のリージョンで使用できます。 詳細については、「 Azure SQL Database のリージョン別のメンテナンス期間の可用性」を参照してください。
現在、Azure portal を使用してデータベースを Hyperscale に移行する場合、ゾーン冗長を指定するオプションはありません。 ただし、既存のデータベースを別の Azure SQL Database サービス レベルから Hyperscale に移行する場合は、Azure PowerShell、Azure CLI、または REST API を使用してゾーン冗長を指定できます。 Azure CLI の例は次のとおりです。
az sql db update --resource-group "myRG" --server "myServer" --name "myDB" --edition Hyperscale --zone-redundant true`Hyperscale のゾーン冗長構成を有効にするには、少なくとも 1 つの高可用性コンピューティング レプリカとゾーン冗長または geo ゾーン冗長のバックアップ ストレージの使用が必要です。
データベースのゾーン冗長可用性
Azure SQL Database では、 サーバー は、データベースのコレクションの中央管理ポイントとして機能する論理コンストラクトです。 サーバー レベルでは、ログイン、認証方法、ファイアウォール規則、監査規則、脅威検出ポリシー、フェールオーバー グループを管理できます。 ログインやファイアウォール規則など、これらの機能の一部に関連するデータは、master データベースに格納されます。 同様に、 sys.resource_statsなどの一部の DMV のデータも、 master データベースに格納されます。
ゾーン冗長構成のデータベースが論理サーバーに作成されると、サーバーに関連付けられている master データベースも自動的にゾーン冗長になります。 これにより、ゾーンの障害が発生しても、ログインやファイアウォール規則などの master データベースに依存する機能は引き続き使用できるため、データベースを使用するアプリケーションは影響を受けなくなります。
master データベースをゾーン冗長にするのは非同期プロセスであり、バックグラウンドで完了するまでに時間がかかります。
サーバー上のどのデータベースもゾーン冗長でない場合、または空のサーバーを作成する場合、サーバーに関連付けられている master データベースは ゾーン冗長ではありません。
Azure PowerShell または Azure CLI または REST API を使用して、ZoneRedundant データベースのmaster プロパティを確認できます。
次のコマンド例を使って、master データベースの "ZoneRedundant" プロパティの値を確認します。
Get-AzSqlDatabase -ResourceGroupName "myResourceGroup" -ServerName "myServerName" -DatabaseName "master"
アプリケーションの障害回復性のテスト
高可用性は、データベース アプリケーションに対して透過的に機能する SQL Database プラットフォームの基礎となる部分です。 しかし、計画済みまたは計画外のイベント時に開始された自動フェールオーバー操作がアプリケーションに与える影響をテストしてから、運用環境にデプロイする必要があると Microsoft は認識しています。 特別な API を呼び出してデータベースまたはエラスティック プールを再起動することにより、手動でフェールオーバーをトリガーできます。 ゾーン冗長のサーバーレスまたはプロビジョニング済み General Purpose データベースまたはエラスティック プールの場合、API 呼び出しによって、クライアント接続が、古いプライマリの可用性ゾーンとは異なる可用性ゾーン内の新しいプライマリにリダイレクトされます。 そのため、フェールオーバーが既存のデータベース セッションにどのように影響するかをテストするだけでなく、ネットワーク待機時間の変化によってエンドツーエンドのパフォーマンスを変化させるかどうかを確認することもできます。 再起動操作が影響を及ぼし、その多くがプラットフォームに負荷をかける可能性があるため、各データベースまたはエラスティック プールに対しては、15 分ごとに 1 つのフェールオーバー呼び出しのみが許可されます。
Azure SQL Database の高可用性とディザスター リカバリーの詳細については、 HA/DR チェックリストを確認してください。
フェールオーバーは、PowerShell、REST API または Azure CLI を使用して開始できます。
| デプロイの種類 | PowerShell | REST API | Azure CLI（Azure コマンドライン インターフェイス） |
|---|---|---|---|
| データベース | Invoke-AzSqlDatabaseFailover | データベース のフェールオーバー | az rest は、Azure CLI から REST API 呼び出しを呼び出すために使用される場合があります |
| エラスティック プール | Invoke-AzSqlElasticPoolFailover | エラスティック プールのフェールオーバー | az rest は、Azure CLI から REST API 呼び出しを呼び出すために使用される場合があります |
重要
フェールオーバー コマンドは、ハイパースケール データベースの読み取り可能なセカンダリ レプリカでは使用できません。
まとめ
Azure SQL Database の特徴は、Azure プラットフォームと緊密に統合される、組み込みの高可用性ソリューションです。 障害の検出と復旧に Service Fabric を、データ保護に Azure Blob ストレージを、フォールト トレランスを高めるために Availability Zones を活用しています。 さらに、SQL Database は、データの同期とフェールオーバーのために、SQL Server の Always On 可用性グループ テクノロジを使っています。 これらのテクノロジを組み合わせることで、アプリケーションは混合ストレージ モデルを最大限に活用し、最も要求の厳しい SLA に対応できます。
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