Sun-2シリーズのSun-2/50ディスクレスワークステーション

ディスクレスノード（またはディスクレスワークステーション）とは、ディスクドライブを持たないワークステーションまたはパーソナルコンピュータであり、ネットワークブートを使用してサーバーからオペレーティングシステムをロードします。（ディスクが使用されず、ネットワークブートが使用されているコンピュータは、ディスクレスノードとして機能するとも言えます。）

ディスクレスノード（またはディスクレスノードとして機能するコンピュータ）は、ネットワークコンピュータまたはハイブリッドクライアントと呼ばれることもあります。ハイブリッドクライアントは、単にディスクレスノードを指す場合もありますが、シンクライアントコンピューティングアーキテクチャのように、一部のアプリケーション（すべてではない）をリモートで実行するディスクレスノードを指す場合もあります。

ディスクレス ノードの利点としては、製造コストの削減、運用コストの削減、静かな動作、管理性の利点 (集中管理されたソフトウェアのインストールなど) などが挙げられます。

多くの大学や一部の大規模組織では、PCは同様の構成で使用されており、一部またはすべてのアプリケーションはリモートに保存され、ローカルで実行されます（これも管理上の理由による）。ただし、ローカルハードドライブから起動する場合は、ディスクレスノードとは言えません。

ディスクレスノードと集中型コンピューティングの違い

ディスクレスノードはデータを処理するため、独自のCPUとRAMを使用してソフトウェアを実行しますが、データを永続的に保存することはありません。そのタスクはサーバーに渡されます。これは、すべての重要な処理がリモートのサーバー上で行われるシンクライアントとは異なります。シンクライアントで実行されるソフトウェアは、「シン」（つまり比較的小型でシンプルな）クライアントソフトウェアのみであり、これはユーザーとの通信に必要な単純な入出力タスク（例えば、ディスプレイへのダイアログボックスの表示やユーザー入力の待機など）を処理します。

シンクライアントコンピューティングと、その技術的前身であるテキスト端末（テキスト専用）の両方を包括する用語は、集中型コンピューティングです。シンクライアントとテキスト端末はどちらも、すべてのクライアントの重要な処理タスクを実行するために、サーバー内に強力な中央処理機能を必要とする場合があります。

ディスクレス ノードは、リッチ クライアント(通常のパーソナル コンピュータなど) と集中型コンピューティングの妥協点として考えることができます。効率を上げるために中央ストレージを使用しますが、集中型処理は必要なく、集中型コンピューティング モデルではほとんどの時間アイドル状態になる傾向がある最新の最も遅い CPU の強力な処理能力を効率的に使用します。

動作原理

ディスクレスノードのオペレーティングシステム（OS）は、ネットワークブートを使用してサーバーからロードされます。場合によっては、USBフラッシュドライブなどのリムーバブルストレージや、フロッピーディスク、CD、DVDなどの起動可能なメディアを使用してブートストラッププロセスを開始することもあります。ただし、最近の多くのコンピューターでは、ファームウェアを設定すれば、起動可能なメディアを挿入しなくても、サーバーを検出して自動的にブートプロセスを開始できます。

Carry -Iブックサイズの LAN ステーションは、Intel 80286プロセッサをベースにした初期のディスクレス システムで、1991 年頃に台湾の Flytech Technology 社によって製造されました。

ネットワーク自動起動では、デバイスの起動用ファイルを持つサーバーを見つけるために、Preboot Execution Environment (PXE) またはBootstrap Protocol (BOOTP) といったネットワークプロトコルが一般的に使用されます。標準的なフルサイズデスクトップ PC は、Universal Network Device Interface (NDI) ブート ROM を搭載したアドオンネットワークカードを使用することで、この方法でネットワーク起動できます。ディスクレスネットワーク起動は、ビジネス用途のデスクトップ PC やラップトップ PC に標準装備されている機能です。これは、ディスク起動する標準的なデスクトップコンピューターで、リモートから診断を実行したり、ソフトウェアをインストールしたり、ディスクイメージをローカルハードドライブに 適用したりできるためです。

前述のようにブートストラッピング プロセスが開始されると、3 つの主なアプローチのいずれかに従ってブートストラッピングが実行されます。

  • 最初のアプローチ（Linux ターミナル サーバー プロジェクトなどで使用されているもの）では、カーネルがメモリにロードされ、その後、ネットワーク ファイル システム接続を介してサーバー上のオペレーティング システムの残りの部分にアクセスします。（一時ファイルをローカルに保存するために、小さなRAM ディスクが作成される場合があります。）このアプローチは、Linux または Unix クライアント オペレーティング システムで使用される場合、「NFSルート」テクニックと呼ばれることがあります。
  • 2つ目のアプローチでは、OSのカーネルがロードされ、システムメモリの一部が大容量RAMディスクとして構成され、その後、OSイメージの残りが取得されてRAMディスクにロードされます。これは、MicrosoftがWindows XP Embeddedのリモートブート機能に採用した実装です。 [2]
  • 3番目のアプローチでは、ディスク操作が仮想化され、実際にはネットワークプロトコルに変換されます。通常はディスクドライブに保存されるデータは、サーバー上の仮想ディスクファイルに保存されます。ディスクセクターの読み取り/書き込み要求などのディスク操作は、対応するネットワーク要求に変換され、サーバー側で実行されるサービスまたはデーモンによって処理されます。これは、Neoware Image Manager、Ardence、VHD Central Management System [3]、およびさまざまな「boot over iSCSI」製品で使用されている実装です。この3番目のアプローチは、リモートにあるのがファイルシステムではなく、実際にはディスクデバイス（またはrawデバイス）であり、クライアントOSはハードディスクから実行されていないことを認識しないという点で、最初のアプローチとは異なります。そのため、このアプローチは「仮想ハードディスク」または「ネットワーク仮想ディスク」と呼ばれることもあります。

この3つ目のアプローチは、RAMに完全なディスクイメージを保持したり、読み取り専用ファイルシステムを使用したりするよりも、クライアントOSの使用を容易にします。このアプローチでは、システムはディスクレスノードが書き込んだすべてのデータを保存する「書き込みキャッシュ」を使用します。この書き込みキャッシュは通常、サーバー（またはクライアントストレージがある場合はそのストレージ）に保存されるファイルです。クライアントRAMの一部を使用することもできます。この書き込みキャッシュは、永続的または揮発性です。揮発性の場合、特定のクライアントが仮想ディスクに書き込んだすべてのデータは、そのクライアントが再起動すると消去されます。一方、ユーザー（ローミング）プロファイルまたはホームフォルダ（リモートサーバーに保存されている）に記録されているユーザーデータは、永続的に保持されます。Microsoft WindowsまたはLinuxクライアントOSを起動できるディスクレスノードの展開を可能にする2つの主要な商用製品（ Hewlett-Packard社製とCitrix Systems社製）は、このような書き込みキャッシュを使用しています。Citrix社製は永続的な書き込みキャッシュを使用できませんが、VHDおよびHP社製は使用できます。

ディスクレス Windows ノード

Windows 3.xとWindows 95 OSR1 [4]は、 NetWareサーバー[5] 、 [検証失敗]、 Windows NTサーバー[6]、さらにはDEC Pathworksサーバーからのリモートブート操作をサポートしていました。[7]

Qualystem（ Neowareが買収）、LanWorks（ 3Comが買収）、Ardence（Citrix Systemsが買収）、APCT [8]、Xtreamining Technology [3]などのサードパーティソフトウェアベンダーは、 Windows製品ラインの新しいバージョンをリモートブートすることを目的としたソフトウェア製品を開発し、販売しています。Windows 95 OSR2 と Windows 98 は Qualystem と Lanworks によってサポートされ、Windows NT は APCT と Ardence（当時は VenturCom と呼ばれていました）によってサポートされ、Windows 2000/XP/2003/Vista/Windows 7 はHewlett-Packard（ Qualystem を買収していたNeoware を買収）と Citrix Systems（Ardence を買収）によってサポートされています。

リッチクライアントとの比較

ソフトウェアのインストールとメンテナンス

複数のマシン（ノード間のハードウェア構成の違いに合わせて多少カスタマイズする場合もある）に基本的に単一のOSイメージを使用することで、ソフトウェアのインストールとインストール済みソフトウェアの保守がより効率的になります。さらに、動作中に行われたシステム変更（ユーザー操作、ワーム、ウイルスなどによる）は、電源を切った際に消去（Windows XP Embeddedリモートブート[9] [10]のように、イメージがローカルRAMディスクにコピーされている場合）するか、完全に禁止（イメージがネットワークファイルシステムの場合）することができます。これにより、ユーザーが実験したり、システムを「ハッキング」しようとしたりする可能性のある公共のアクセスエリア（図書館など）や学校などでの使用が可能になります。

ただし、上記のいずれかの利点を実現するためにネットワーク ブートを実装する必要はありません。通常のPC は(適切なソフトウェアの助けを借りて)、たとえば夜間にオペレーティング システムをダウンロードして再インストールするように構成できますが、ディスクレス ノードがブートする共有ディスク イメージを使用する場合と比べて余分な作業が必要になります。

最新のディスクレスノードは、1:Nの関係（1つのディスクイメージをN個のディスクレスノードが同時に使用する）を使用して、同一のディスクイメージを共有できます。これにより、ソフトウェアアプリケーションのインストールとメンテナンスが非常に容易になります。管理者はアプリケーションのインストールまたはメンテナンスを一度行うだけで、クライアントは更新されたイメージから起動するとすぐに新しいアプリケーションを入手できます。ディスクイメージの共有は、書き込みキャッシュを使用することで可能になります。各クライアントは独自のキャッシュに書き込むため、共有ディスクイメージへの書き込みを巡って競合するクライアントは存在しません。

最新のディスクレスノードシステムはすべて、1:1のクライアント対ディスクイメージの関係も使用できます。この場合、1つのクライアントが1つのディスクイメージを「所有」し、そのディスクイメージに直接書き込みます。このとき、書き込みキャッシュは使用されません。

共有ディスク イメージの変更は、通常、次のように行います。

  1. 管理者は、更新したい共有ディスクイメージのコピーを作成します（ディスクイメージファイルは読み取り専用に開かれるため、これは簡単に実行できます）。
  2. 管理者は、作成したディスクイメージのコピーから、1:1モード（非共有モード）でディスクレスノードを起動します。
  3. 管理者がディスクイメージに変更を加える（例えば、新しいソフトウェアアプリケーションのインストール、パッチやホットフィックスの適用）
  4. 管理者は、1:1モードでディスクイメージを使用していたディスクレスノードをシャットダウンします。
  5. 管理者は変更されたディスクイメージを共有する
  6. ディスクレス ノードは、再起動するとすぐに共有ディスク イメージ (1:N) を使用します。

集中ストレージ

集中ディスクストレージを使用すると、ディスクストレージをより効率的に使用することもできます。これによりストレージコストが削減され、冗長操作をサポートするRAID アレイや、中断なしでストレージのホットアドを可能にするストレージエリアネットワークなど、より信頼性の高い最新のストレージ技術に投資するための資本を節約できます。さらに、多数のディスクが関係する数年間の期間にわたって統計的に非常に高い確率で発生する、機械的または電気的な故障によるディスクドライブの損失が、発生する可能性が低くなることがよくあります (通常、故障する可能性のあるディスクドライブの数が少ないため)。また、中断を引き起こす可能性も低くなります (ディスクドライブが RAID アレイの一部である可能性が高いため)。これはまた、ノード自体がリッチクライアントよりもハードウェア障害を起こす可能性が低いことも意味します。

ディスクレス ノードはシン クライアントとこれらの利点を共有します。

集中ストレージのパフォーマンス

しかし、このストレージ効率には代償が伴う場合があります。コンピューティングの世界ではよくあることですが、ストレージ効率の向上はパフォーマンスの低下を招くことがあります。

多数のノードが同時に同一サーバーに要求を出すと、全員のエクスペリエンスが低下する可能性があります。しかし、サーバーに大容量のRAMを搭載する（キャッシュ性能の向上により読み取り操作が高速化されます）、サーバーを追加する（I/Oワークロードを分散します）、RAIDアレイにディスクを追加する（物理I/Oワークロードを分散します）ことで、この問題を軽減できます。いずれにせよ、リッチクライアントもユーザーデータの保存にサーバーを使用するため、これはクライアントサーバーネットワークにある程度影響を与える可能性のある問題です。

実際、ユーザー データはサイズがかなり大きく、環境によってはオペレーティング システムやプログラムよりはるかに頻繁にアクセスされる可能性があるため、ディスクレス モデルに移行しても、必ずしもパフォーマンスが著しく低下するわけではありません。

ディスクレスモデルでは、リッチクライアントモデルと比較して、より多くのネットワーク帯域幅（つまり、より多くの容量）が使用されます。これは必ずしもより大容量のネットワークインフラストラクチャを導入する必要があることを意味するわけではなく、既存のネットワーク容量のより高い割合が使用されることを意味する場合もあります。

最後に、ネットワーク データ転送のレイテンシ(ネットワーク経由でデータを物理的に転送する) と競合のレイテンシ (サーバーが他のノードの要求を自分の要求より先に処理するのを待つ) の組み合わせにより、アプリケーションの性質とネットワーク インフラストラクチャおよびサーバーの容量に応じて、ローカル ドライブを使用する場合と比べて許容できないパフォーマンスの低下が発生する可能性があります。

その他の利点

ディスクレスノードが有用となるもう一つの例として、コンピュータが損傷または破壊される可能性のある危険な環境が挙げられます。このような環境では、安価なノードと最小限のハードウェアで済むことがメリットとなります。ここでも、シンクライアントを活用できます。

ディスクレス マシンは消費電力が少なく、騒音もほとんど発生しないため、環境面でのメリットが期待でき、一部のコンピュータ クラスターアプリケーションに最適です。

シンクライアントとの比較

シン クライアントとディスクレス ノード アーキテクチャはどちらも、リッチ クライアントよりも優れた点を持つディスクレス クライアントを採用していますが (上記参照)、処理の場所が異なります。

シンクライアントに対するディスクレスノードの利点

  • 分散負荷ディスクレスノードの処理負荷は分散されます。各ユーザーは、ファイルシステムへの負荷が集中していない限り、ネットワーク内の他のユーザーにほとんど影響を与えずに、独自の処理環境を利用できます。シンクライアントは中央サーバーに処理を依存するため、高速なサーバーが必要です。中央サーバーが混雑して低速になると、両方の種類のクライアントに影響が出ますが、シンクライアントは処理速度が完全に低下するのに対し、ディスクレスノードはサーバー上のデータにアクセスするときにのみ速度低下します。
  • マルチメディアパフォーマンスの向上。ディスクレスノードは、フルサービスでは帯域幅を大量に消費するマルチメディアリッチなアプリケーションにおいて、シンクライアントよりも優れたパフォーマンスを発揮します。例えば、ディスクレスノードはレンダリングがローカルで行われるためレイテンシが低く、ビデオゲームに最適です。
  • 周辺機器のサポートディスクレスノードは通常、ハードドライブを搭載していない通常のパーソナルコンピュータまたはワークステーションであり、通常、多種多様な周辺機器を追加できます。一方、シンクライアントは通常、非常に小型で密閉された筐体であり、内部拡張は不可能で、外部拡張の可能性は限られているか、全くありません。例えば、USBデバイスをシンクライアントに物理的に接続できる場合でも、シンクライアントソフトウェアは基本的な入出力デバイス以外の周辺機器をサポートしない場合があります。例えば、グラフィックタブレット、デジタルカメラ、スキャナーなどとは互換性がない場合があります。

ディスクレスノードに対するシンクライアントの利点

  • シンクライアントでは、クライアント側の処理要件が最小限で、3Dアクセラレーションや高度なオーディオサポートが通常は提供されないため、ハードウェアは安価です。もちろん、適切な場合は、安価なCPUと最小限のマルチメディアサポートを備えたディスクレスノードを購入することもできます。そのため、一部の組織では、コスト削減効果は一見したほど大きくない場合があります。しかし、多くの大規模組織は、特定のアプリケーションや用途のニーズを満たすため、あるいは将来性を確保するために（次の点を参照） 、必要以上に高いスペックのハードウェアを購入するのが習慣となっています。また、ハードウェアを過剰に仕様化する「合理的」ではない理由もしばしば存在します。例えば、部門が来年度の予算水準を維持するために予算を無駄遣いしたり、将来への不確実性、技術知識の不足、PCの仕様選択における注意不足などが挙げられます。これらの要因をすべて考慮すると、シンクライアントは最も大きなコスト削減をもたらす可能性があります。なぜなら、シンクライアントモデルでは、サーバーのみが実質的に「ゴールドメッキ」または「将来性」を備えている可能性が高いからです。
  • シンクライアントの場合、将来性はそれほど問題になりません。シンクライアントは、サーバーへの負荷が大きいため、交換サイクル全体（1～4年、あるいはそれ以上）にわたって使い続けられる可能性が高いからです。一方、ディスクレスノードの場合は、処理負荷がはるかに高くなる可能性があるため、購入時にはより綿密な検討が必要になります。シンクライアントネットワークでは、将来的に大幅に高性能なサーバーが必要になる可能性がありますが、ディスクレスノードネットワークでは、将来的にサーバーのアップグレード、クライアントのアップグレード、あるいはその両方が必要になる可能性があります。
  • シンクライアントネットワークは、多くのデータがサーバーで読み込まれて処理され、表示に必要な場合にのみ小さな断片としてクライアントに転送されるため、ネットワーク帯域幅の消費量が少なくなる可能性があります。また、グラフィックデータをディスプレイに転送する場合は、任意のプログラムやユーザーデータを転送するよりも、効率的なデータ圧縮および最適化技術（ NXテクノロジーなど）が適していることが多いです。多くの一般的なアプリケーションシナリオでは、効率的なシンクライアントでは、ディスクレスノードよりも総帯域幅消費量と「バースト」消費量の両方が少なくなることが期待されます。

参照

注記

  1. ^ マイク・アイスラー;リカルド・ラビアガ。ハル・スターン（2001年7月1日）。NFS と NIS の管理。オライリー・メディア社、p. 166.
  2. ^ 「リモートブート機能の概要」。Windows Embedded Developer Center。2008年4月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  3. ^ ab 「VHD Central Management System」。Xtreaming Technology Inc. 2014年3月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年3月22日閲覧。
  4. ^ 「Windows 95: Windows 95 のサーバーベースセットアップ」。Microsoft TechNet。2006年11月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  5. ^ 「HP Networking: スイッチ、ルーター、有線、無線、HP TippingPoint Security – HP®」h17007.www1.hp.com。2014年3月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年3月22日閲覧。
  6. ^ 「Windows NT Server 4.0 リモートブートの仕組みの説明」support.microsoft.com。2014年3月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年3月22日閲覧。
  7. ^ 「DEC Pathworks Remote Boot Workstations Under Windows 3.1」. support.microsoft.com. 2014年3月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年3月22日閲覧。
  8. ^ "AbsolutBoot". APCT - Advanced PC Technologies . 2001年2月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  9. ^ Chamberlain, Mark (2004年2月). 「Windows XP Embedded リモートブートの導入」. Microsoft Learn .
  10. ^ Syed, Saad (2002年11月). 「Windows XP Embedded Service Pack 1 における SDI を使用した RAM ブート」. Microsoft Learn .

参考文献

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  • ネットワーク ブロック デバイスのホームページ https://nbd.sourceforge.net/