Azure SQL Database と SQL Managed Instance の高可用性

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適用対象: Azure SQL Database Azure SQL Managed Instance

この記事では、Azure SQL Database と Azure SQL Managed Instance での高可用性について説明します。

ゾーン冗長構成は、現在、SQL Managed Instance についてはプレビュー段階であり、Business Critical サービス レベルでのみ使用できます。

概要

Azure SQL Database と SQL Managed Instance での高可用性アーキテクチャのゴールは、メンテナンス操作や障害の影響を心配せずに、データベースの稼働および実行の時間が 99.99% 以上になるように保証することです。 さまざまなレベルの特定の SLA に関する詳細については、「Azure SQL Database の SLA」と「Azure SQL Managed Instance の SLA」を参照してください。

Azure では、パッチ適用、バックアップ、Windows および Azure SQL のアップグレードなどの重要なサービス タスクと、基礎となるハードウェア、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。 Azure SQL Database の基本となるデータベースがパッチを適用されるか、またはフェールオーバーした場合、お使いのアプリで再試行ロジックを使用していれば、ダウンタイムは認識されません。 SQL Database と SQL Managed Instance 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。

高可用性ソリューションは、コミットされたデータが障害によって失われないこと、メンテナンス操作がワークロードに影響を及ぼさないこと、また、データベースがソフトウェア アーキテクチャでの単一障害点にならないことを保証するように設計されています。 データベースのアップグレードやメンテナンスを行うときでも、ワークロードの停止が必要なメンテナンス期間やダウンタイムは発生しません。

高可用性アーキテクチャ モデルには、次の 2 つがあります。

  • 計算とストレージの分離に基づく Standard 可用性モデル。 リモート ストレージ層の高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 Premium 可用性モデル。 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という事実に依存します。 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。

SQL Database と SQL Managed Instance は、どちらも最新の安定したバージョンの SQL Server データベース エンジンおよび Windows オペレーティング システム上で実行されます。また、ほとんどのユーザーが認識することなく、アップグレードが継続的に実行されます。

Basic、Standard、および General Purpose サービス レベルのローカル冗長可用性

Basic、Standard、General Purpose サービス レベルでは、サーバーレスとプロビジョニング済みの両方のコンピューティングで、標準の可用性アーキテクチャを利用します。 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。

計算とストレージの分離を示す図。

Standard 可用性モデルには、次の 2 つのレイヤーがあります。

  • 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。
  • 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、組み込みのデータ可用性と冗長性の機能があります。 sqlservr.exe 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を保証します。

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た場合、あるいは障害が検出された場合、Azure Service Fabric は常に、ステートレス sqlservr.exe 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行します。 Azure BLOB ストレージ内のデータは移行による影響を受けず、データ/ログ ファイルは、新しく初期化された sqlservr.exe プロセスにアタッチされます。 このプロセスでは 99.99% の可用性が保証されますが、新しい sqlservr.exe プロセスがコールド キャッシュを使用して起動されるため、負荷の高いワークロードによって移行中にパフォーマンスの低下が発生する可能性があります。

General Purpose サービス レベルのゾーン冗長可用性

General Purpose サービス レベルのゾーン冗長構成は、サーバーレスとプロビジョニング済みの両方のコンピューティングに提供されます。 この構成では、Azure Availability Zones を利用して、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、データとログのファイルは、物理的に分離された 3 つの Azure 可用性ゾーン間で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。

General Purpose 向けのゾーン冗長構成の図。

  • General Purpose レベルの場合、ゾーン冗長構成は、西ヨーロッパ、北ヨーロッパ、米国西部 2、フランス中部、米国東部 2、米国東部、東南アジア & カタール中部の各リージョンで一般提供されています。 オーストラリア東部、東日本、英国南部の各リージョンでは、これはプレビュー段階にあります。
  • ゾーン冗長可用性の場合、既定以外のメンテナンス期間を選択することは、現在、一部のリージョンでのみ可能です。
  • ゾーン冗長構成は、Gen5 ハードウェアが選択されている場合にのみ SQL Database で利用できます。 ゾーン冗長構成は、現在、SQL Managed Instance についてはプレビュー段階であり、Business Critical サービス レベルでのみ使用できます。

Premium および Business Critical サービス レベルのローカル冗長可用性

Premium および Business Critical サービス レベルでは、Premium 可用性モデルを使用します。1 つのノード上で、計算リソース (sqlservr.exe プロセス) とストレージ (ローカルに接続されている SSD) を統合します。 高可用性は、3 から 4 つのノードでクラスターを形成している追加ノードに計算とストレージの両方をレプリケートすることで、実現されます。

データベース エンジン ノードのクラスターの図。

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 ノードは常にセカンダリ ノードへ順番に変更をプッシュし、各トランザクションをコミットする前に少なくとも 1 つのセカンダリ レプリカにデータが保持されるようにします。 このプロセスによって、何らかの理由でプライマリ ノード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用意されている状態が保証されます。 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 ノードになると、もう 1 つのセカンダリ レプリカが作成され、クラスターに十分な数のノード (クォーラム セット) がある状態が保証されます。 フェールオーバーが完了すると、Azure SQL 接続は新しいプライマリ ノードに自動的にリダイレクトされます。

その他の利点としては、Premium 可用性モデルには、セカンダリ レプリカの 1 つに読み取り専用の Azure SQL 接続をリダイレクトする機能が含まれています。 この機能は、読み取りスケールアウトと呼ばれます。追加料金なしで 100% の追加のコンピューティング容量を提供し、分析ワークロードなどの読み取り専用の操作をプライマリ レプリカからオフロードします。

Premium および Business Critical サービス レベルのゾーン冗長可用性

既定では、Premium 可用性モデル用のノードのクラスターは、同じデータ センター内に作成されます。 Azure Availability Zones の導入によって、SQL Database では同じリージョン内のさまざまな可用性ゾーンに対する Business Critical データベースのさまざまなレプリカを配置できます。 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 (ATM) によって制御されます。 Premium または Business Critical サービス レベルでのゾーン冗長構成では、追加のデータベース冗長を作成しないため、追加料金なしで使用できます。 ゾーン冗長構成を選択することで、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、Premium または Business Critical のデータベースに持たせることができます。 また、既存の Premium または Business Critical のデータベースあるいはプールをゾーン冗長構成に変換することもできます。

ゾーン冗長データベースでは、離れた距離に位置するさまざまなデータセンターにレプリカがあるため、ネットワーク待機時間が長くなるとコミット時間が増大し、一部の OLTP ワークロードのパフォーマンスに影響を及ぼす可能性があります。 いつでもゾーン冗長設定を無効にして単一ゾーン構成に戻ることができます。 このプロセスはオンライン操作であり、通常のサービス レベル更新プログラムと似ています。 プロセスの最後に、データベースまたはプールがゾーン冗長リングから単一ゾーン リングに (または逆方向に) 移行されます。

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。

ゾーン冗長高可用性アーキテクチャの図。

ゾーン冗長を使用する場合は、次の点を考慮してください。

  • この機能は、現在、SQL Managed Instance についてはプレビュー段階であり、Business Critical サービス レベルでのみ利用できます。 SQL Database では、Business Critical 層を使用している場合、ゾーン冗長構成は Gen5 ハードウェアが選択されている場合のみ利用できます。
  • ゾーン冗長データベースがサポートされているリージョンの最新情報については、「リージョン別のサービスのサポート」を参照してください。
  • ゾーン冗長可用性の場合、既定以外のメンテナンス期間を選択することは、現在、一部のリージョンでのみ可能です。

プレビュー期間中、SQL Managed Instance のゾーン冗長は Business Critical サービス レベルで利用でき、次のリージョンでサポートされます。

アメリカ ヨーロッパ 中東 アフリカ アジア太平洋
ブラジル南部 北ヨーロッパ カタール中部 南アフリカ北部 オーストラリア東部
カナダ中部 ノルウェー東部 アラブ首長国連邦北部 インド中部
米国東部 英国南部 東日本
米国中南部 西ヨーロッパ 韓国中部
米国西部 3 スウェーデン中部 東アジア
スイス北部

Hyperscale サービス層のローカル冗長性の可用性

ハイパースケール サービス レベルのアーキテクチャは「分散機能アーキテクチャ」で説明されており、現在は SQL Managed Instance ではなく SQL Database でのみ使用できます。

Hyperscale 機能のアーキテクチャを示す図。

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。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 (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、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 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 sqlservr.exe 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 ゾーンと長期保存では Azure Storage を使用します。これにより、トランザクション ログの可用性と冗長性が提供され、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 の高可用性の詳細については、「ハイパースケールでのデータベースの高可用性」を参照してください。

Hyperscale サービス層のゾーン冗長可用性

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。 Availability Zones を持つすべての Azure リージョンは、ゾーン冗長 Hyperscale データベースをサポートします。

次の制限が適用されます。

  • 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。 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て、既存の Hyperscale データベースのゾーン冗長構成を更新します。 これらのアップデート オプションのいずれかを使用する際に、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 データベースのバックアップ 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。
  • Standard シリーズ (Gen5) ハードウェアだけがサポートされています。
  • 名前付きレプリカは現在サポートされていません。
  • 現在、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 に移行するとき、ゾーン冗長を指定することはできません。
  • 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。

重要

ゾーン冗長可用性の場合、既定以外のメンテナンス期間を選択することは、現在、一部のリージョンでのみ可能です。

ゾーン冗長 Hyperscale データベースを作成する

Azure PowerShell または Azure CLI を使用して、ゾーン冗長 Hyperscale データベースを作成します。 最新バージョンの API を使用して、最新の変更を確実にサポートします。

Azure PowerShell を使用して、-ZoneRedundant パラメーターを指定して、Hyperscale データベースのゾーン冗長を有効にします。 データベースには少なくとも 1 つの高可用性レプリカが必要であり、ゾーン冗長バックアップ ストレージを指定する必要があります。

Azure PowerShell を使ってゾーン冗長を有効にするには、次のコマンド例を使います。

New-AzSqlDatabase -ResourceGroupName "ResourceGroup01" -ServerName "Server01" -DatabaseName "Database01" `
    -Edition "Hyperscale" -HighAvailabilityReplicaCount 1 -ZoneRedundant -BackupStorageRedundancy Zone -RequestedServiceObjectiveName HS_Gen5_2'

Geo レプリカを作成してゾーン冗長 Hyperscale データベースを作成する

既存の Hyperscale データベース ゾーンを冗長にする場合は、Azure PowerShell または Azure CLI を使用して、アクティブ geo レプリケーションを使用してゾーン冗長 Hyperscale データベースを作成します。 Geo レプリカは、既存の Hyperscale データベースと同じリージョンまたは異なるリージョンに作成できます。

-ZoneRedundant パラメーターを指定して、Hyperscale データベース セカンダリのゾーン冗長を有効にします。 セカンダリ データベースには少なくとも 1 つの高可用性レプリカが必要であり、ゾーン冗長バックアップ ストレージを指定する必要があります。

Azure PowerShell を使用してゾーンの冗長性を有効にするには、次のコマンド例を使用します。

New-AzSqlDatabaseSecondary -ResourceGroupName "myResourceGroup" -ServerName $sourceserver -DatabaseName "databaseName" -PartnerResourceGroupName "myPartnerResourceGroup" -PartnerServerName $targetserver -PartnerDatabaseName "zoneRedundantCopyOfMySampleDatabase" -ZoneRedundant -BackupStorageRedundancy Zone -HighAvailabilityReplicaCount 1

データベース コピーを作成してゾーン冗長 Hyperscale データベースを作成する

既存の Hyperscale データベース ゾーンを冗長にする場合は、Azure PowerShell または Azure CLI を使用して、データベース コピーを使用してゾーン冗長 Hyperscale データベースを作成します。 データベース コピーは、既存の Hyperscale データベースと同じリージョンまたは異なるリージョンに作成できます。

-ZoneRedundant パラメーターを指定して、Hyperscale データベース コピーのゾーン冗長を有効にします。 データベース コピーには少なくとも 1 つの高可用性レプリカが必要であり、ゾーン冗長バックアップ ストレージを指定する必要があります。

Azure PowerShell を使用してゾーンの冗長性を有効にするには、次のコマンド例を使用します。

New-AzSqlDatabaseCopy -ResourceGroupName "myResourceGroup" -ServerName $sourceserver -DatabaseName "databaseName" -CopyResourceGroupName "myCopyResourceGroup" -CopyServerName $copyserver -CopyDatabaseName "zoneRedundantCopyOfMySampleDatabase" -ZoneRedundant -BackupStorageRedundancy Zone

master データベースのゾーン冗長可用性

Azure SQL Database でのサーバーは、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、Azure Active Directory 認証、ファイアウォール規則、監査規則、脅威検出ポリシー、自動フェールオーバー 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、一部の DMV (sys.resource_stats など) 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は、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、Azure CLI、または REST API を使って、master データベースの ZoneRedundant 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"

高速データベース復旧 (ADR)

高速データベース復旧 (ADR) は、特に実行時間の長いトランザクションがある場合に、データベースの可用性を大幅に向上させるデータベース エンジン機能です。 ADR は現在、Azure SQL Database、Azure SQL Managed Instance、Azure Synapse Analytics で使用可能です。

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 と SQL Managed Instance の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、エラスティック プール、またはマネージド インスタンス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、エラスティック プール、またはマネージド インスタンスに対しては、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。

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
データベース Invoke-AzSqlDatabaseFailover データベース フェールオーバー Azure CLI から REST API 呼び出しを呼び出すために az rest が使用できます
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 Azure CLI から REST API 呼び出しを呼び出すために az rest が使用できます
SQL Managed Instance Invoke-AzSqlInstanceFailover SQL Managed Instance - フェールオーバー Azure CLI から REST API 呼び出しを呼び出すために az sql mi failover が使用できます

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 と Azure SQL Managed Instance 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。 これは、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 (ドキュメントの冒頭に記載のあるとおり、これは Azure SQL Managed Instance には適用されません)。 さらに、SQL Database と SQL Managed Instance では、レプリケーションとフェールオーバーのために、SQL Server インスタンスから Always On 可用性グループのテクノロジを利用しています。 これらのテクノロジを組み合わせることで、アプリケーションでは混合ストレージ モデルを最大限に活用して、高要件の SLA にも対応できます。

次のステップ