クラウド上に超大規模グラフデータベースを構築

このたび、杭州悦数科技（Hangzhou Yueshu Technology）は Alibaba Cloud Computing Nest と提携しました。NebulaGraph は最初のグラフデータベース製品として Alibaba Cloud Computing Nest に正式に参加し、エンタープライズ向けのグラフデータベースクラスターのクラウド上でのデプロイ体験をユーザーに提供します。同時に、NebulaGraph 周辺の可視化管理ツールも統合されており、クラウド上でのデータからの迅速なインサイト獲得を可能にします。

近年、グラフデータベースの概念はますます多くの企業から注目されています。グラフとは、エンティティとエンティティ間の関係を格納するデータ構造であり、グラフデータベースはグラフデータを用いてストレージを行い、グラフ構造を利用してセマンティッククエリを実行するデータベースです。

グラフデータベースは、関連データのエンティティを頂点として、関係を辺として効率的に格納でき、これらの点と辺の構造に対する高性能な検索とクエリを実現するとともに、点と辺に属性を追加することも可能です。これらの特徴により、グラフデータベースは直感的な理解に最も近い形でデータを保存し、関係性を完全に表現できます。

01 データベースの発展動向

なぜリレーショナルデータベースではなくグラフデータベースを使うのか

リレーショナルデータベースは、行単位の高速アクセスとデータ整合性（ACID トランザクション）を実現しています。しかし、データ規模が大きくなり、データ間の関係が複雑化すると、リレーショナルモデルでの検索時に複数テーブルの属性を結合する必要が生じ、データ書き込み時には外部キー制約を考慮する必要があり、追加コストの増大と高いパフォーマンス要件につながります。グラフデータベースは複雑な関係性の処理において本質的な優位性を持ち、特に大量データにおける多対多の複雑なエンティティ結合シナリオで効果を発揮します。この優位性は主にパフォーマンス、柔軟性、俊敏性の 3 つの側面に現れています。

リレーショナルデータベース vs グラフデータベース（マルチホップクエリ）

次に、グラフデータベースはグラフモデルに基づいて、これらの関係性を直感的な方法で保存・表示します。事物間の関係性に基づくモデル表現であるため、グラフは自然な解釈可能性を備えています。

現在、グラフデータ技術は、大量の関連データ処理における本質的な優位性と、人間の脳の直感的な印象に合致する表現形式により、多くの業界の本番環境やビジネス実践で使用されています。たとえば、データ統合（ナレッジグラフ）、パーソナライズドレコメンデーション、不正・脅威検知、リスク分析とコンプライアンス、ID 認証、IT インフラ管理、サプライチェーンと物流、ソーシャルネットワーク研究、さらには AI 機械学習、NLP（Natural Language Processing）、ブロックチェーンなどの新興技術分野においても、グラフデータ技術の活用が見られます。

クラウド化の加速、柔軟性に対するより高い要求

Gartner の予測によると、クラウドサービスは急速な成長率と普及率を維持しています。大量の商用ソフトウェアは、10 年前の完全プライベートなオンプレミス型から、クラウドベースのビジネスモデルへと徐々に移行しています。クラウドサービスの主な利点の一つは、実質的に無制限の柔軟性を提供することであり、これによりクラウドベースの各種ソフトウェアには迅速な弾力的スケーリング能力が求められます。

こうした背景のもと、オープンソースの分散グラフデータベース NebulaGraph は、Alibaba Cloud Computing Nest における最初のグラフデータベースパートナーとなりました。Alibaba Cloud とともに、より多くのエンタープライズユーザーが低コストかつ効率的にクラウドグラフデータベースをデプロイできるよう支援しています。

「データベース製品にとって、基盤インフラの安定性とセキュリティは顧客にとって極めて重要です。Alibaba Cloud は中国をリードするクラウドコンピューティングプロバイダーであり、その安定したインフラとセキュリティを重視しています。Alibaba Cloud Computing Nest との提携により、基盤リソースの効率的な弾性スケーリングと便利なサービスオーケストレーションを活用して、クラウドベースの NebulaGraph を安心してご利用いただけます」と、NebulaGraph の創設者兼 CEO の Ye Xiaomeng 氏は述べています。

クラウドネイティブグラフデータベースとは

クラウドネイティブとは、クラウド上で生まれるクラウド能力のことで、自然に「クラウドで生まれ、クラウドで成長する」ものです。統合アーキテクチャとクラウドネイティブインフラに基づき、マルチクラウド / ハイブリッドクラウドソリューションやエッジクラウド連携などの能力を実現できます。クラウドネイティブ時代において、企業のデータ活用方法は根本的な変化を遂げており、統合クラウドインフラを基盤とするクラウドネイティブデータベースとビッグデータソリューションが、企業のデジタルトランスフォーメーションのデータ基盤となります。

従来のモードでは、企業がハードウェアリソースを購入し、データベースを自建 IDC にデプロイして企業自身で管理・運用します。企業開発者は DevOps モードまたは IT 担当者を配置してデータベースを制御します。サービス接続後は、データベースクラスターの状態に常に注意を払い可用性を確保する必要があり、これはデータベースの内部実装に詳しくないユーザーにとって大きな課題です。技術キャリアとしてのクラウドコンピューティングは、時間と空間を越えるという本質的な優位性を持ちます。クラウド技術は単一のコンピューティング能力から体系的なイノベーションへと発展しています。企業にとって「クラウド化」は技術的な選択であり、企業デジタル化の出発点です。一方、クラウドを基盤とした新しい生産関係の構築と新しいビジネス成長エンジンの創出は、戦略的な選択です。

NebulaGraph は、信頼性の高い分散型、線形スケーリング、高性能グラフデータベースです。Shared-nothing アーキテクチャとストレージコンピューティング分離の基盤設計により、クラウドネイティブの特性を備え、コスト効率と弾力的なスケーリングを効果的に実現します。クラウドデプロイにより、データベースのデプロイ、パフォーマンスチューニング、運用メンテナンスの煩雑なプロセスが隠蔽されます。クラウド上で数分以内にグラフデータベースを作成でき、コンピューティング、ストレージなどのリソースを迅速に拡張できます。

大量の関連データを格納しミリ秒レベルのクエリ遅延を実現する高性能グラフデータベース製品として、NebulaGraph は多くの業界をリードするテクノロジー企業や通信企業で、不正検知、リスク管理、コミュニティ発見などのシナリオで活用されています。その中には、大手インターネット企業の NLP チームも NebulaGraph を基盤とした独自のグラフデータベースプラットフォームを構築しています。現在 60 以上のビジネスラインが接続され、インテリジェントアシスタントや検索リコールなどのビジネスシナリオで活用されています。

Alibaba Cloud 上にデプロイされた NebulaGraph のアーキテクチャ図

02 クラウド上に NebulaGraph をデプロイするメリット

すぐに使える：高速デプロイでより便利に

クラウドベンダーが統一インフラを提供するため、企業は自らハードウェアを購入する必要がなく、ビジネスの柔軟性とリソース要件に応じてクラウドリソースを柔軟にデプロイし、迅速なオンライン化を実現できます。Alibaba Cloud Computing Nest が提供する ROS（Resource Orchestration Service）を基盤として、NebulaGraph はクラウド上での自動デプロイを実現し、数分以内にグラフデータベースクラスターを提供できます。従来の日数または数週間を基準とした配信サイクルと比べて大幅に改善されました。

また、NebulaGraph Cloud は月額サブスクリプションと従量課金の柔軟な決済方式をサポートしており、機器の新規購入や自建コンピューティングセンターなどの初期構築コストを節約でき、不要になった際にはタイムリーに破棄でき、研究開発コストを大幅に削減できます。体験をさらに最適化するため、次の段階では、NebulaGraph はクラウド上での独自の最適化機能とテスト結果を組み合わせて、コスト効率に優れたクラウドサーバー仕様パッケージを順次リリースする予定です。ユーザーはより低い価格でより高いパフォーマンスを得られるようになります。

高可用性：データバックアップでより安全に

・アーキテクチャの高可用性

NebulaGraph クラスターには、Query Service、Storage Service、Meta Service の 3 種類のサービスが含まれます。

1. Meta Service は Leader/Follower アーキテクチャを採用しています。Leader はクラスター内のすべての Meta Service ノードの中から選出され、外部にサービスを提供します。Follower はスタンバイとして Leader から更新データをコピーします。Leader ノードがダウンした場合、Follower の中から新しい Leader が選出されます。

2. Query Service に対応するプロセスは nebula-graphd で、完全に等価なステートレスかつ無関係なコンピューティングノードで構成されています。コンピューティングノード間の通信はありません。

3. Storage Service は Shared-nothing の分散アーキテクチャで設計されています。合計 3 つのレイヤーがあります。最下層は Store Engine で、Local Store Engine のスタンドアロン版です。ローカルデータの get/put/scan/delete 操作を提供します。このレイヤーではデータ操作インターフェイスを定義しており、ユーザーは必要に応じて関連する Local Store Plugin をカスタマイズ開発できます。

Local Store Engine の上は CONSENSUS 層で、Multi Group Raft を実装しています。各パーティションは 1 グループの Raft グループに対応します。

・データ信頼性

NebulaGraph のデータストレージは Alibaba Cloud のクラウドディスク製品を使用しています。クラウドディスクは Alibaba Cloud が ECS 向けに提供するブロックレベルのブロックストレージ製品で、低遅延、高性能、耐久性、高信頼性が特徴です。クラウドディスクは分散型 3 レプリカメカニズムを使用して、ECS インスタンスに極めて高いデータ信頼性の保証を提供します。

究極の弾力性：より信頼性の高いストレージとコンピューティングの分離

NebulaGraph はストレージとコンピューティングを分離するアーキテクチャを採用しています。ストレージとコンピューティングの分離には多くの利点があります。最も直接的な利点は、コンピューティングレイヤーとストレージレイヤーがそれぞれの状況に応じて柔軟にスケールできることです。ストレージとコンピューティングの分離はもう一つの利点ももたらします。水平方向の拡張を可能にし、クラウドの究極の柔軟性を通じて自身の拡張と縮小のニーズを保証します。

NebulaGraph はクラスターデプロイ時に 2 つの弾性スケーリンググループを作成します。1 つは Graph サービス用、もう 1 つはストレージサービス用です。スケーリング体験をより良くするため、以下の配慮を行っています。

1. ユーザーに一定の制御権を付与します。Graph サービスの場合、ターゲット数に応じて ECS リソースを弾力的にスケーリングするだけで済みます。Graph 自体がステートレスだからです。ストレージサービスの場合、オーケストレーションページにコントロールスイッチを提供し、弾性拡張後にデータの自動バランスを行うかどうかを判断できるようにします。データ移行はビジネスのピーク時にサービスの安定性に影響を与えるため、バランス操作のタイミングはユーザー自身で決定できます。デプロイ済みの Dashboard ツールもこの操作をサポートしています。

2. セキュリティ保護戦略。データベースサービスのデータ損失防止が最優先事項であることは周知の通りです。そのため、ストレージスケーリンググループに削除保護スイッチを有効化し、ユーザーの誤操作を防止しています。また、ユーザーが縮小する必要がある場合、Dashboard インターフェイスで該当するスケーリンググループ配下のストレージノードを見つけてデータシャーディングの削除操作を実行する必要があり、データシャーディングのクリアが完了した後にのみ、弾性スケーリングの Cycle Hook リクエストを受け入れます。

さらに、Alibaba Cloud の弾性スケーリングは豊富なスケーリングルールとタスクスケジューリング機能を提供しています。ユーザーはビジネスの変動やアプリケーションシナリオ（OLTP または OLAP）に応じて Graph ノードを動的にスケールし、平均 CPU 使用率に基づいてストレージノードを柔軟に拡張できます。

安全で信頼性が高い：ロールベースの ID 追跡

NebulaGraph は厳格なロールベースのアクセス制御と LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）などの外部認証サービスをサポートしており、データセキュリティを効果的に向上させます。クライアントが NebulaGraph に接続すると、NebulaGraph はセッションを作成し、各種接続情報が保存されます。認証が有効な場合、セッションは対応するユーザーにマッピングされます。

同時に、NebulaGraph にはロールベースの権限が組み込まれています。ユーザーは作成したユーザーにロールを割り当てることで、アクセス制御を実現できます。

03 クラウド上で NebulaGraph をデプロイする方法

現在、NebulaGraph と Alibaba Cloud Computing Nest は期間限定の無料トライアルを実施しています。利用を希望するユーザーは Alibaba Cloud Computing Nest にログインし、まずトライアル利用を申請し、情報を入力して承認を得ると、完全にホワイトスクリーンのサービス作成ページが表示されます。

ガイドステップで必要な設定パラメータを入力し、ワンクリックで送信した後、約 5 分待つと NebulaGraph を体験でき、その後グラフデータの各種機能を通常通り利用できます。これにより、ユーザーがデータベースをデプロイする際のハードルが大幅に下がります。