インフラエンジニア必見！EBSの性能最大化とバックアップ自動化の徹底解説

EC2向けブロックストレージの特性を理解し、適切なボリュームタイプの選定やコスト最適化、データ保護の自動化を実現するためのポイントをまとめました。DX推進における堅牢なインフラ構築を目指す全てのエンジニア必見の内容です。本記事は、システム・アプリ開発を行っているGMOデザインワンDX事業本部の事業責任者・泉川学監修のもと、Amazon EBSの基礎から実務で役立つ高度な運用テクニックまでを詳しく解説します。

1. Amazon EBSの基礎知識とEC2との関係性

AWSを利用してシステムを構築する際、避けては通れないのがストレージの選択です。 Amazon EBSは、仮想サーバーであるEC2に繋いで使う「外付けハードディスク」のような役割を果たします。データの保存場所としてだけでなく、システムの安定性や速度を左右する基盤としての特性を理解しましょう。

1-1 ブロックストレージとオブジェクトストレージ（S3）の決定的な違い

ストレージには大きく分けて、EBSのような「ブロックストレージ」と、Amazon S3に代表される「オブジェクトストレージ」の2種類があります。ブロックストレージは、データを小さな塊（ブロック）として扱い、OS（オーエス：コンピューターを動かす基本ソフト）をインストールして高速に読み書きすることに向いています。一方、オブジェクトストレージは画像や動画などの「ファイル」を大量に保管するのが得意ですが、その中身を直接書き換えるような細かい作業には向きません。アプリを動かすための「本棚の引き出し」がEBSであり、膨大な資料を保管する「倉庫」がS3であるとイメージすると分かりやすいでしょう。

1-2 EBSボリュームのライフサイクル：作成、アタッチ、デタッチ、削除

EBSを利用する流れを「ライフサイクル」と呼びます。まず必要な容量を決めて「作成」し、それを動いているEC2インスタンス（仮想サーバー）に「アタッチ（接続）」することで、初めてサーバーから認識されます。使い終わった際は「デタッチ（切り離し）」を行い、不要になれば「削除」して課金を止めます。この一連の流れは数クリックで行えますが、アタッチしたまま削除を忘れると、サーバーを止めていても料金が発生し続ける点に注意が必要です。データの重要度に合わせて、削除前にバックアップを取る習慣をつけることが、安全な運用の第一歩となります。

1-3 ネットワーク接続型ストレージとしてのアーキテクチャと遅延（レイテンシ）

意外に知られていないのが、EBSはサーバーの中に直接刺さっているのではなく、専用の高速なネットワークを通じて接続されているという点です。これを「ネットワーク接続型」と呼びますが、通信が発生するため、どうしても「レイテンシ（遅延：データが届くまでのわずかな待ち時間）」が発生します。 AWSはこの遅延を最小限にするため、専用の通り道を準備していますが、物理的な距離やネットワークの混雑状況がパフォーマンスに影響することもあります。この仕組みを理解しておくと、なぜ「期待した速度が出ないのか」というトラブルの際に、ネットワークの帯域（通信できる容量）を疑うといった冷静な判断ができるようになります。

2. ユースケース別：5つのボリュームタイプの徹底比較

EBSには、利用目的やコストに合わせて選べる複数の「ボリュームタイプ」が存在します。安さだけで選ぶと性能が足りず、逆に高性能すぎると予算を圧迫してしまいます。それぞれの特徴を掴み、現在のシステム負荷に対して最適な「器」を選ぶことが、エンジニアの腕の見せ所です。

2-1 汎用SSD（gp3/gp2）：コストと性能のバランスが最適な標準選択

「gp3（ジーピースリー）」は、現在最も推奨される標準的なボリュームタイプです。最大の特徴は、容量を増やさなくても「IOPS（アイオプス：1秒間に読み書きできる回数）」や「スループット（通信速度）」だけを個別に強化できる点にあります。旧世代の「gp2」では容量を大きくしないと速度が上がらない仕組みでしたが、gp3なら最小限の容量で必要なスピードだけを確保できるため、コスト削減に非常に効果的です。特別な理由がない限り、新規でサーバーを立てる際はgp3を選択するのが、現代のクラウド運用のスタンダードと言えるでしょう。

2-2 プロビジョニング済みIOPS（io2/io1）：データベースなど最高性能を求める場合

大規模なデータベースや、極めて高い信頼性が求められる基幹システムには「io2（アイオーツー）」などの高性能タイプが選ばれます。「プロビジョニング」とは「予約する」という意味で、あらかじめ必要な速度をAWSに約束してもらう仕組みです。汎用タイプと違い、アクセスの波に左右されず常に一定の高速なレスポンスが保証されるため、処理の遅延が許されない環境に最適です。ただし、料金は他のタイプに比べて高額になるため、性能監視の結果を見て、どうしても汎用タイプではさばききれない場合にのみ導入を検討しましょう。

2-3 スループット最適化HDD（st1）：ログ処理やビッグデータ向けの安価な選択

「st1（エスティーワン）」は、磁気ディスク（HDD）を使用した、大きなデータの連続的な読み書きを得意とするタイプです。 SSD（エスエスディー）に比べて、1秒間に送れるデータ量（スループット）あたりの単価が非常に安いため、大量のログファイルを解析したり、ビッグデータを処理したりする用途に向いています。一方で、OSの起動ディスクとしては使えないという制約があるため、データ保存用の「追加ドライブ」として活用するのが基本です。スピードよりも、一度に大量のデータを流し込む「太いパイプ」が必要な場面で真価を発揮します。

2-4 Cold HDD（sc1）：アクセス頻度が低いデータ向けの最安値プラン

「sc1（エスシーワン）」は、EBSの中で最も料金が安いタイプで、名前の通り「冷えた（アクセス頻度が低い）」データの保管に適しています。例えば、数ヶ月前のバックアップデータや、めったに参照されない古い記録資料などを置いておくのに最適です。読み書きの速度は非常にゆっくりしていますが、圧倒的な低コストでテラバイト単位のデータを保持できるメリットがあります。「消すことはできないけれど、普段は使わない」といったデータの避難場所として、コスト効率を極限まで高めたいときに選択肢に入ります。

3. IOPSとスループット：性能の仕組みを理解する

ストレージの性能を語る上で欠かせないのが「IOPS」と「スループット」という2つの指標です。これらは水道の「蛇口をひねる回数」と「流れる水の量」に例えられます。この2つの関係を正しく理解することで、なぜシステムの動作が重くなっているのかという原因を特定できるようになります。

3-1 ベースライン性能とバーストバケットの仕組み（gp2/st1/sc1）

一部の古いボリュームタイプには、普段は低速（ベースライン）で動き、必要なときだけ一時的に加速する「バースト」という仕組みがあります。これは「貯金箱（バケット）」に貯まったクレジットを消費して速度を出すようなイメージです。アクセスが集中して貯金が底をつくと、急激に元の低速に戻ってしまうため、これが原因で「急にサーバーが重くなった」というトラブルがよく発生します。最新のgp3では、この貯金箱の概念を気にせず一定の性能を出し続けられるよう設計されているため、運用を安定させたい場合は仕組みの違いを意識することが重要です。

3-2 プロビジョニング済みIOPSによる性能固定とスケーラビリティ

性能を固定して契約する「プロビジョニング済みIOPS」は、アクセスの波が激しいビジネス環境において、予測可能な安定性を提供します。「スケーラビリティ」とは、負荷に応じて規模を拡大できる能力のことですが、EBSでは設定を書き換えるだけで、サーバーを止めることなく性能を向上させることが可能です。例えば、明日のセールでアクセスが10倍になると分かっていれば、事前に設定値を上げておき、イベントが終わったら元の値に戻すといった柔軟な運用ができます。これにより、過剰な投資を避けつつ、必要な時に必要なだけのパワーを引き出すことが可能になります。

3-3 インスタンスタイプによる「EBS最適化」の重要性と帯域制限

EBSの性能を最大限に引き出すには、接続先のEC2インスタンス側の設定も重要です。「EBS最適化インスタンス」とは、ストレージとの通信専用の通り道（帯域）を確保したサーバーのことです。せっかく高速なEBSを契約しても、サーバー側の出口が狭いと、そこが渋滞してしまい本来の速度が出せません。これを「ボトルネック」と呼びます。特に大量のデータを扱うデータベースサーバーなどでは、EBSの性能数値だけでなく、インスタンスが持つ「最大帯域幅（通信できる限界量）」を確認し、バランスの取れた構成にすることが成功の鍵です。

4. スナップショットによるデータ保護とバックアップ戦略

データは企業の資産であり、その消失は取り返しのつかない損失を招きます。 EBSには「スナップショット」と呼ばれるバックアップ機能があり、これを正しく運用することで、ヒューマンエラーや災害からデータを守ることができます。効率的で漏れのないバックアップ体制を構築するための知識を深めましょう。

4-1 増分バックアップの仕組みとストレージコストの節約術

EBSのスナップショットは「増分（ぞうぶん）バックアップ」という賢い仕組みを採用しています。これは、最初に全てのデータを保存した後は、前回から「変更があった部分だけ」を保存する方法です。毎回全部のコピーを取るわけではないため、保存にかかる時間が短く、ストレージ容量も節約できるので、コストを低く抑えることができます。復元する際は、AWS側で自動的にバラバラの増分データを繋ぎ合わせてくれるため、利用者はどの時点のバックアップからでも簡単に元の状態に戻せるという、非常に便利な設計になっています。

4-2 EBS高速スナップショット復元（FSR）による即時利用

通常、バックアップからデータを復元した直後は、データの読み込み速度が少し遅くなる「初期化」という現象が起きます。これを解消するのが「高速スナップショット復元（FSR）」です。この機能を有効にしておくと、復元した瞬間からストレージがフルスピードで動作するため、一刻を争うシステムの復旧（リカバリ）が必要な場面で絶大な威力を発揮します。設定には追加の料金がかかりますが、ミッションクリティカル（止まることが許されない）なシステムの災害対策としては、非常に頼もしい味方となります。

4-3 リージョンを跨いだスナップショットのコピーとディザスタリカバリ（DR）

「ディザスタリカバリ（DR）」とは、大規模な災害などで一つのデータセンター群が壊滅しても、別の場所でサービスを再開できるようにすることです。 EBSのスナップショットは、東京リージョンから大阪リージョン、あるいは海外のリージョンへと簡単にコピーして保存できます。これにより、地理的に離れた場所にデータの控えを持っておくことが可能になり、万が一の際でも大切なデータを失わずに済みます。コピー作業も自動化できるため、あらかじめ遠隔地にデータを逃がす設定をしておくことが、企業の信頼を守ることに繋がります。

5. 運用の柔軟性を高める「Elastic Volumes」機能

ビジネスの状況に合わせてインフラを柔軟に変えられるのがクラウドの醍醐味です。 EBSの「Elastic Volumes（エラスティックボリューム）」機能を使えば、サーバーを稼働させたまま、ストレージの仕様を変更することができます。この柔軟性を使いこなすことで、ダウンタイム（システム停止時間）をゼロに近づけることが可能です。

5-1 サービスを停止せずに容量（サイズ）を拡張する手順

かつてはハードディスクの容量を増やす際、一度サーバーを止めて作業する必要がありました。しかし現在のEBSでは、管理画面やコマンド一つで、システムを動かしたまま容量を増やすことができます。容量が不足してきて「ディスクがいっぱいです」という警告が出ても、慌ててサーバーを止める必要はありません。拡張ボタンを押した後、OS側で認識させるための簡単な操作を行うだけで、ものの数分で容量アップが完了します。この「ライブ拡張」のおかげで、深夜のメンテナンス作業などの負担を劇的に減らすことができるようになりました。

5-2 ボリュームタイプの動的変更（SSDからHDDへの切り替えなど）

サイズだけでなく、ボリュームの「種類」そのものも後から変更可能です。例えば、開発初期はコストを抑えるためにHDD（st1）を使っていたけれど、ユーザーが増えて速度が必要になったからSSD（gp3）に変更する、といったことが可能です。逆に、使わなくなった古いデータを安価なタイプへ移動させることもできます。この「動的変更」は、データのコピーを自分で作る手間がなく、AWSが裏側で自動的にデータを移行してくれるため、エンジニアは設定を変えて待つだけで良いという非常に手軽な仕組みになっています。

5-3 性能（IOPS/スループット）のみを個別に調整するメリット

特に最新のgp3ボリュームでは、容量を変えずに「IOPS（読み書きの回数）」や「スループット（通信の太さ）」だけを微調整できるメリットが大きいです。例えば、毎月一度の大量データ処理がある日だけ速度を2倍にし、処理が終わったら元の数値に戻して節約する、といった柔軟な使い方が可能です。これは「必要な時に必要なパワーだけを借りる」という、クラウドの理想的な利用スタイルを具現化した機能です。性能不足を解消するために無理に容量を増やす必要がなくなるため、コストパフォーマンスの最適化においてこれ以上のツールはありません。

6. データの安全性と暗号化のベストプラクティス

情報漏洩は企業にとって致命的なリスクです。 EBSに保存されるデータを守るためには、通信時だけでなく「保存されている状態」での対策が欠かせません。 AWSが提供する暗号化機能を正しく使い、法規制やコンプライアンス（法令遵守）を満たした安全なシステムを構築しましょう。

6-1 AWS KMSを用いた「保管時の暗号化」とパフォーマンスへの影響

EBSの暗号化は「KMS（キーマネジメントサービス）」という鍵を管理する仕組みと連携して行われます。設定を有効にするだけで、データは書き込まれる瞬間に暗号化され、読み出される瞬間に自動で復号（元に戻すこと）されます。「暗号化すると遅くなるのでは？」という心配もありますが、現在のAWSでは専用のチップで高速に処理されるため、パフォーマンスへの影響はほとんど無視できるレベルです。一度設定してしまえば、あとは鍵の存在を意識せずに普通に使えるため、セキュリティの第一歩として全てのボリュームで有効にすることが推奨されます。

6-2 暗号化されていないスナップショットからの暗号化ボリューム作成

昔作った古いスナップショットが暗号化されていない場合でも、そこから復元するタイミングで新しく暗号化をかけることが可能です。これは、過去のセキュリティ基準で作られたシステムを、現代の厳しい基準へとアップデートする際に非常に役立ちます。直接中身を書き換えるのではなく、コピーを取る過程で「鍵」をかけるようなイメージです。この機能を活用すれば、既存の運用を止めることなく、段階的にシステム全体のセキュリティレベルを引き上げることができるため、組織全体の安全性を高めるための重要なテクニックとなります。

6-3 マルチアタッチ機能を用いた複数EC2インスタンスからの共有接続（io1/io2）

通常、1つのEBSボリュームは1台のサーバーにしか繋げませんが、一部の高性能タイプでは「マルチアタッチ」という機能で複数のサーバーから同時に接続できます。これにより、複数のサーバーで同じデータを共有して、一方が故障しても他方がすぐに処理を引き継ぐ「高可用性（こうかようせい：サービスが止まらない性質）」なシステムが作れます。ただし、複数の人が同時に1つのファイルを書き換えるとデータが壊れるリスクがあるため、これを制御するための「クラスターファイルシステム」という専門的な知識もセットで必要になります。難易度は高いですが、絶対に止められないサービスを作る際には非常に強力な武器です。

7. EBSのコスト最適化（コスト削減のポイント）

クラウドの利便性は高いですが、放置しているといつの間にか料金が膨らんでしまいます。特にEBSは「使っていなくても存在しているだけで課金される」性質があるため、定期的な見直しが欠かせません。無駄を省き、最小限のコストで最大限のパフォーマンスを得るための「お掃除術」を紹介します。

7-1 使用されていない「孤立したEBSボリューム」の特定と削除

サーバー（EC2）を削除したとき、設定によっては接続されていたEBSだけが残ってしまうことがあります。これを「孤立したボリューム」と呼び、誰にも使われていないのに料金だけが発生し続ける、最ももったいない状態です。 AWSの管理画面や、自動でチェックしてくれるツールを使って、アタッチされていないボリュームを定期的に探し出し、不要なものは削除（またはスナップショットを取って削除）することが重要です。「使っていない電灯をこまめに消す」ような日々の地道な管理が、月々の請求額を大きく下げる結果に繋がります。

7-2 旧世代（gp2）から次世代（gp3）への移行によるコスト削減

現在「gp2」を使っているなら、最新の「gp3」に切り替えるだけで、多くの場合で利用料金を約20%削減できます。 gp3は、gp2よりも基本料金が安く設定されており、さらに性能と容量を切り離して管理できるため、無駄な容量を契約しなくて済むからです。切り替え作業も、先ほど紹介した「Elastic Volumes」機能を使えば、サーバーを止めることなく数クリックで完了します。「ただ最新版に変えるだけ」でコストが下がるという、エンジニアにとっても経営層にとっても嬉しいこの移行は、コスト削減施策の優先順位として最も高いものの一つです。

7-3 Amazon Data Lifecycle Manager（DLM）によるスナップショット管理の自動化

バックアップ（スナップショット）は重要ですが、古いものをいつまでも残しておくと保存料がかさんでしまいます。「DLM（データライフサイクルマネージャー）」を使えば、「毎日バックアップを取り、30日経ったら古いものから自動で消す」というルールを簡単に設定できます。これにより、手動で消し忘れる心配がなくなり、常に必要な分だけのバックアップを最小コストで維持できるようになります。「自動で整理整頓される仕組み」を作っておくことは、単なるコストカットだけでなく、ヒューマンエラーを防ぐという運用の質を高める効果も持っています。

8. 高度な管理と監視：Amazon CloudWatchの活用

インフラの健康状態を知るには、数字に基づいたモニタリングが不可欠です。 AWSの監視サービスである「CloudWatch」を使えば、EBSが悲鳴を上げていないか、あるいは余裕がありすぎないかを客観的に判断できます。データから読み取るべき重要なポイントを絞って解説します。

8-1 VolumeThroughputPercentage など主要な監視メトリクスの読み方

「メトリクス」とは、システムの動きを数値化したものです。例えば、どれくらいデータを送っているか、どれくらい忙しいか、といったグラフが見られます。特に「VolumeThroughputPercentage（ボリュームスループットパーセンテージ）」は、契約している性能に対して、実際にどれくらいの割合を使っているかを示します。これが常に100%に近い場合は、性能が足りずシステムが遅くなっているサインですし、逆に常に10%以下であれば、過剰な契約をしている（お金を捨てている）可能性があります。数字を定期的に眺めることで、システムにとっての「ちょうど良い」設定を見つけ出すことができます。

8-2 キューの長さ（Queue Length）から読み解くパフォーマンスのボトルネック

「キューの長さ（Queue Length）」は、処理を待っているデータの行列のことです。レジに長い行列ができているように、ここが大きな数値を示しているときは、ストレージが処理しきれずデータが溜まっている状態を意味します。これが高い状態が続くと、アプリの反応が極端に遅くなり、ユーザーは「このサイト、動かないな」と感じてしまいます。行列ができる原因は、IOPSが足りないのか、それともスループットが上限に達しているのか。原因を特定し、適切に設定値を引き上げることで、スムーズで快適なサービスへと改善することが可能になります。

8-3 ストレージ容量不足を未然に防ぐアラート通知の設定

最も避けたいトラブルの一つが「ディスク容量がいっぱいになって、システムがクラッシュ（壊れる）すること」です。 CloudWatchのアラート機能を使えば、「容量が80%を超えたらメールを送る」といった設定が可能です。人間が毎日画面を見てチェックするのは大変ですが、機械に監視を任せることで、余裕を持って対応できるようになります。「問題が起きてから慌てる」のではなく、「問題が起きる前に予兆を掴む」という守りの姿勢が、プロのインフラエンジニアとしての信頼を築くための第一歩となります。

9. まとめ：EBSを使いこなし、堅牢で効率的なインフラを構築する

Amazon EBSは、クラウド上のコンピューターにとっての「記憶」を司る心臓部のような存在です。その特性を理解し、適切に設定・運用することは、単にデータを保存するだけでなく、システムの信頼性を高め、無駄な支出を抑えることに直結します。これまでに学んだ知識を整理し、実務でどのように活かしていくべきかを再確認しましょう。

9-1 適切なボリューム選択と継続的なパフォーマンス監視の重要性

データベース、ログ保存、バックアップなど、用途に合わせて最適なボリュームタイプを選ぶことが、インフラ設計の基本です。一度設定して終わりではなく、CloudWatchで実際の使用状況を追い続け、過不足があれば「Elastic Volumes」で柔軟に調整する。このサイクルを回し続けることが、変化の激しい現代のビジネス環境において、コストとパフォーマンスのバランスを最適に保つための唯一の方法です。数字を基にした客観的な判断こそが、インフラエンジニアにとって最も強力な武器となります。

9-2 自動化と最新世代への移行による運用の効率化

「gp3」のような最新世代のサービスを積極的に取り入れ、DLMによるバックアップ管理を自動化することで、運用の質は飛躍的に向上します。エンジニアの時間は有限です。単純な管理作業をAWSの機能に任せることで、よりクリエイティブな改善活動や、新しい技術への挑戦に時間を割くことができるようになります。本記事で紹介したベストプラクティスを一つずつ実践し、安全で、効率的で、そしてエンジニア自身も楽になれる「理想のインフラ」をその手で形にしていってください。