ストレージの違いから理解するNBS, NFS, S3

コンピュータストレージの概念とクラウドにおける分類

第1部：コンピュータとストレージの基本関係

1. 起動の仕組み：BIOS/UEFI

コンピュータの電源が投入されると、OS（オペレーティングシステム）が読み込まれる前に、まず「BIOS」またはその後継である「UEFI」が起動します。

これらは、SSDやHDDのようなストレージ（ドライブ）上ではなく、PCの基盤であるマザーボード上の専用ROMチップに書き込まれています。

BIOS/UEFIの主な役割は、キーボード、メモリ、ストレージなどのハードウェアを認識・初期化することです。そして、どのストレージからOSを起動するかを決定し、そのストレージを読みに行くよう指示を出します。

2. OSが起動するドライブ：「ブート」と「システム」

BIOS/UEFIによって読み込まれるストレージには、OSを起動し、実行するための重要な領域が含まれます。

• ブートドライブ（ブートパーティション）
  OSを起動するための基本的なプログラム（ブートローダー）が保存されている領域です。UEFI環境では「EFIシステムパーティション(ESP)」と呼ばれる小さな領域がこれに当たることが多いです。
• システムドライブ（システムパーティション）
  OS本体（Windowsフォルダ、Program Filesなど）が実際にインストールされている領域を指します。一般的に「Cドライブ」と呼ばれるものです。

現在では、これら2つの領域はOSインストール時に同じ物理ストレージ上に自動作成されるため、ユーザーはこれらをまとめて「システムドライブ」と呼ぶのが一般的です。

3. 「ドライブ」と「ファイルシステム」

OSがストレージを「ドライブ」として認識し、データを自由に読み書きできるのは、「ファイルシステム」という仕組みのおかげです。

• ドライブの語源
  「ドライブ（Drive）」という言葉は、元々ハードディスク（HDD）などの円盤を物理的に「駆動（Drive）」させてデータを読み書きしていた装置（Hard Disk Drive）に由来します。SSDのように物理的に駆動しない装置が主流になった現在も、OSが認識する記憶領域の単位として「ドライブ」という呼称が使われています。
• ファイルシステムの役割
  ファイルシステムは、ストレージ内の「どこに」「どのファイルが」保存されているかを管理する「台帳」の役割を果たします。これにより、OSはデータをフォルダ階層で管理したり、巨大なファイルであっても「ファイルの特定の部分だけを書き換える」といったランダムアクセスが可能になります。

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第2部：クラウド（AWS）におけるストレージの分類

クラウドコンピューティング環境（例：AWS）においても、これらの基本的な考え方に基づき、用途や特性に応じてストレージが分類されています。

1. EBS (Elastic Block Store) - 「システムドライブ」

EBSは、AWSの仮想サーバー（EC2インスタンス）にとっての「内蔵ドライブ」や「Cドライブ」に相当するブロックストレージです。

• 特徴: OSが直接管理し、ファイルシステムを作成して使用します。EC2インスタンスに物理的に接続されているかのように動作するため、応答速度（レイテンシ）が最も速いのが特徴です。
• 接続: 原則として、1つのEBSボリュームは同時に1つのEC2インスタンスからのみ専有して接続されます。
• 用途: OSの起動（ブートボリューム）、データベース、その他高速な読み書きが要求されるアプリケーションの実行領域。

2. EFS (Elastic File System) - 「NAS（ネットワーク共有ドライブ）」

EFSは、ネットワーク経由で接続して使用するファイルストレージであり、オンプレミス環境における「NAS（Network Attached Storage）」に相当します。

• 特徴: AWS側でファイルシステム（NFS）が提供されており、EC2インスタンスからは「データドライブ」としてマウントして使用します。EBSよりもネットワーク越しの遅延は発生します。
• 接続: 複数のEC2インスタンスから同時にマウントし、同じファイル群を共有できる点が最大の特徴です。
• 用途: 複数サーバー間で共有するWebコンテンツ、設定ファイル、共有開発環境など。速度が最優先されるOS起動やデータベースには向きません。

3. S3 (Simple Storage Service) - 「オブジェクトストレージ（Web倉庫）」

S3は、上記2つとは根本的に異なるオブジェクトストレージです。

• 特徴: API（HTTP/REST）経由でアクセスします。「ファイルシステム」を持たず、データを「オブジェクト」としてキー（ファイル名）と共に丸ごと保管するのが基本です。
• 性能: ファイル全体のダウンロード（スループット）は高速ですが、API通信を伴うため1回ごとの応答速度（レイテンシ）はEBS/EFSより大きくなります。
• 用途:
  • ファイルシステムのような細かい読み書き（ランダムアクセス）は、レイテンシが積み重なり非常に遅くなるため不向きです。
  • 安価・大容量・高耐久性を活かし、バックアップデータの保管、Webサイトの画像・動画配信（静的コンテンツ）、データ分析のためのデータレイク（データの置き場）などに使用されます。

まとめ：適材適所のストレージ選択

ストレージ技術は、「速度（レイテンシ）」「機能（ファイルシステム、共有性）」「コストと容量」という3つの要素のトレードオフで成り立っています。

究極的にはEBSのように高速なストレージが望ましいですが、コストや共有の要件から、現実的には用途（落とし所）に応じて、EFSやS3のような異なる特性を持つストレージを使い分けることが重要です。