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1から学ぶVMware on NetApp 第十五回

「番外編」
vForum2013 ネットアップセッション紹介


月に開催されたVMwareイベントvForum2013のネットアップセッションの場において、

昨年11月に開催されたVMwareイベントvForum2013のネットアップセッションの場において、Software Defined Datacenterを見据えたネットアップが提供するSoftware Defined Storageベストプラクティスを紹介しましたが、参加できなかったお客様からの要望が多く上がったこともあり、この度TechONTAPにて紹介します。

今回はTechONTAP特別版として、セッションで紹介したコンテンツから要点をまとめてネットアップが現時点でお客様に提供しているSoftware Defined Storageの機能を紹介します

※vForumオリジナルコンテンツとは若干異なることご了承ください。オリジナルコンテンツは以下より閲覧できます。
slideshare: www.slideshare.net/netapp_japan/vforumvss

VMwareとしてもストレージは重要課題

VMwareとしてもストレージは重要課題

vmworld2013 San Francisco会場ではSoftware Defined Datacenter(SDDC)のコンセプト、新機能が大々的に打ち出され、SDDCを実現する上でストレージ機能も最重要課題の一つであること合わせて紹介されました。

VMwareとして、Software Defined Storage(SDS)を実現するために4つの新機能をリリースしましたが、実は、それぞれの機能はvSphere環境において従来ストレージ運用周りでお客様が抱えていた問題を解決するためにリリースされたことが背景にあります。

以下に新機能の概要を紹介します
新機能1: Virtual SAN(VSAN)
ハイパーバイザーに統合されたクラスタストレージ機能として動作。専用の共有ストレージを使わなくても、各ESXi上の内蔵ディスクを束ねることで共有ストレージの作成が可能
Tier2・3、レプリケーション先のvSphere環境、Horizon View環境用途に最適なストレージ

新機能2: Virtual Volume(VVOL)
仮想マシン単位のストレージ管理を実現
従来のDatastore単位のストレージ管理で問題となっていたバックアップ、リストア運用を改善、VM毎のパフォーマンスを保証(性能競合を排除)
※現状正式機能としてリリースされておらず、将来のvSphereバージョンで対応予定

新機能3: vSphere Flash Read Cache
ESXiに搭載したSSDを使い、低コストで、仮想ディスクの読み込み速度の向上、vmdkファイルが配置されたストレージ負荷の軽減

新機能4: Virsto
物理ストレージの上位レイヤとしてライトI/Oの最適化、シンプロビジョニング、スナップショット、クローニング、ティアリング(階層化)など、ストレージを抽象化して、vSphere環境のストレージ性能を向上。仮想ストレージアプライアンスとして動作。
※現時点で日本では販売されていない

これまではvSphere環境のストレージボトルネックを解決するために高価なストレージが必要となるケースが多かったのですが、今後はvSphere標準機能を使って、高性能・高機能なストレージ環境を構築することが見込めます。

ただ、既にネットアップFASを導入済みのお客様からすると、これら新機能の概要を聞くと、いずれの機能もネットアップのストレージも標準で搭載している機能に似ていると感じることが多いようです。実際にネットアップFASもVMwareが提唱する4つのSDS新機能と同等の機能を既に実装しているだけでなく、多くのお客様にご利用いただいている主要機能となります。

vForum2013ネットアップセッションではVMwareが提唱するSDS機能とネットアップのストレージ機能を比較しながら現時点におけるストレージベストプラクティスを紹介しております。以前のTechONTAP連載でフラッシュストレージ機能、仮想化環境特有のランダムライトI/Oの最適化について解説していることもあり、今回のTechONTAPではクラスタストレージ機能とVVOLを中心に紹介します。

10年以上も前から仮想化環境特有のワークロード、SDSに必要な技術を実装

10年以上も前から仮想化環境特有のワークロード、SDSに必要な技術を実装

ネットアップFASは1992年の創業以来、他社には実現できないストレージ機能とともにお客様環境のストレージ運用効率を向上してきました。特に、2002年のリリースしたvFiler機能以降、たくさんのストレージ仮想化機能を他社に先駆けて実装しています。

仮想化ソリューションが普及する2000年半ばまでは、ネットアップ固有のストレージ機能群も特に仮想化環境を意識した機能としてリリースしていなかったのですが、今日において、各社SDDC及びSDSのコンセプトを聞くと、ネットアップが過去から提供してきたストレージ機能と類似していることを考えると不思議な思いに駆られます。

以下、ネットアップFASが過去から実装しているストレージ仮想化関連の技術を記します。

  • NVRAM/WAFL(1992年): NVRAMとWAFLファイルシステムが連携して、ランダムライトI/Oをストレージコントローラー上でシーケンシャルI/Oに変換し高いパフォーマンスを実現。仮想化環境で課題となるランダムライトI/O負荷に対して非常に相性の良いテクノロジー。VMwareのVirsto機能に該当
  • vFiler(2002年): ストレージコントローラーを仮想化。単一のストレージ上に複数のストレージサービスを提供できることからサービスプロバイダーなどにおいても多数の実績
  • ONTAP API(2002年): ストレージ管理を自動化するために必要なAPIを10年以上前から提供
  • FlexVolume(2005年): ストレージ上のVolumeを仮想化することにより、プロビジョニング、リサイズ(拡張だけでなく縮小も)を秒単位で実現。vSphere環境においてはNFS Datastoreとして利用することで、従来vSphere環境のストレージとして一般的であったSANストレージの煩雑な運用から管理者を開放
  • FlexClone(2005年): ストレージ上の同一ブロックを再利用することで瞬時かつ容量を消費すること無くクローンのDatastore、仮想マシンを作成。VMwareのVirsto機能に該当。
  • FlexShare(2006年): SDDCに必要なQoS機能。最新のバージョンではVM単位で設定可能
  • Flash Cache(2009年):ネットアップはこれまでに全世界で総計60ペタバイトのフラッシュ製品を出荷(2013年12月時点)
  • Clustered Data ONTAP(2011年): ネットアップFASのストレージ専用OSがスケールアウト型クラスタストレージとしてバージョンアップ。完全無停止のストレージ運用を実現

このようにネットアップは現在お客様のvSphere環境で直面するストレージの課題を解決できる機能を10年以上も前からリリースしており、その多くは標準機能として提供しています。そのようなことから『安心してすぐに使える技術』として、ネットアップは自信を持ってお客様に紹介しています。

VMware環境に最適なストレージ

VMware環境に最適なストレージ

前回の連載 でネットアップのストレージOSであるclustered Data ONTAPを使うことで、従来、物理的に動作していたストレージコントローラーがvSphereの仮想マシンのように仮想化されストレージバーチャルマシン(SVM)として動作させることができます。

ストレージサービスが物理的なハードウェアから切り離されて動作するため、ストレージノードの追加や削除、各種メンテナンスも無停止で実行できるため、従来のストレージ運用課題を大幅に改善できる製品機能としてお客様に紹介しています。

また、clustered Data ONTAPによって

  1. 性能要件、運用形態の変更や機材の更新などに伴った構成変更も無停止で自由に実施
  2. ストレージサービスの性能をclustered Data ONTAP側できめ細かく定義可能(テナント・Datastore・VM単位)
  3. ストレージの保護ポリシーを仮想マシンの保護ポリシーと連携
    など、SDSに必要とされている技術、運用をネットアップのストレージ機能でだけで、今すぐ実現できます

ストレージの保護ポリシーを仮想マシンの保護ポリシーと連携

ハードウェアのライフサイクル処理もビジネスを中断すること無く、無停止で実行

前段で、ストレージノードの追加や削除、各種メンテナンスも無停止で実行できること紹介しました。
Clustered Data ONTAPを使えば、ストレージノード上のボリューム(vSphere環境で利用する場合にはDatastoreに該当)をストレージクラスタインターコネクトネットワークを通して高速に別ノードに移行することができます。
例えば、ハードウェア機材更改に伴って旧機材との入れ替えが必要になった場合にも無停止で新規導入機材への切り替え作業が可能です。
また、このような無停止運用により、ストレージメンテナンス時(OSアップグレード、構成変更など)においても、別ストレージノードにデータを退避することで、お客様のサービスに影響を及ぼすこと無く実施することができます。
元来、ネットアップFAS自体が無停止で各種メンテナンス作業ができるように設計されていますが、秒単位の切り替え時間も許容できないサービスなど抱えているお客様においては、別のストレージノード上にデータを一時的に移行してメンテナンスすることで、お客様が定義したサービスレベルを保証することができます。

仮想マシン単位のストレージ運用が必要になった背景

仮想マシン単位のストレージ運用が必要になった背景

VMwareが提唱するSDSの核となる機能、VVOLを使うことによって、将来的に仮想マシン単位のストレージ運用が実現されることになります。
ここで『将来的に』と記しましたが、この機能自体リリースされておらず、VMwareとVVOLに対応したストレージベンダーが現在開発中の機能となる位置づけとお考えください。

まずはVVOLが必要になった背景について紹介します。
遡ること10年程度前(仮想化が登場する前)までは物理サーバーでアプリケーションを運用することが、当然の運用でした。そして、アプリケーション毎もしくはサーバー毎にLUNを割り当てファイルシステムを作成しデータ管理をおこなうことが標準的でした。 (図内左イメージ)
それが、仮想化が登場したことによって、アプリケーションデータの運用が大きく変わってしまいました。(図中央)ストレージ上でLUNをVMFSでDatastoreとして作成し、その上に複数の仮想マシンやアプリケーションデータを仮想ディスク(VMDK)内で管理することで、従来の物理サーバーを使った運用を劇的に改善することができるため急速に仮想化が普及しましたが、逆に仮想化特有の解決できない課題が発生してしまいました。
一点目はバックアップ・リカバリの問題です。仮想化によりDatastoreを通して複数の仮想マシンやアプリケーションデータが単一のLUN上に配置されてしまうため、従来SANストレージ自体で持つ高機能なスナップショット機能を直接使うことができなくなってしまいました。
バックアップは工夫すればSANストレージのスナップショットと連携させることができる運用も考えられますが、SANストレージのLUN単位のリストア機能をそのまま利用してしまうと、Datastore上のすべての仮想マシンが過去の状態に戻ってしまう結果を引き起こしてしまうため、事実上SANストレージのスナップショット機能を仮想化環境で利用することが難しい現実があります。
二点目はパフォーマンス管理の問題です。複数の仮想マシンで単一のLUNを共有しているため、ある仮想マシンもしくはアプリケーションが大量にI/Oリソースを消費してしまった場合、他の仮想マシンに影響を与えてしまいます。vSphereのSIOCなどを使うことである程度は個別に性能を制御することもできますが、期待値通り制御することは難しく現状課題として残っています。
これらの課題はSANストレージのLUNを使っている以上、解決が難しい課題として、長年お客様の運用を悩ませていましたが、これからはVVOLを使い仮想マシン毎にLUN(NFS接続の場合にはファイル)を割り当てることで、旧来の物理サーバーで運用していた時代のように仮想マシン毎、アプリケーション毎にストレージ上のディスクオブジェクトを管理すべきというコンセプトの元に開発されています。
バックアップ・リストアもストレージのスナップショット機能を直接連携して、高速バックアップ、リカバリを実現できるようになったり、ストレージが持つQoS機能を使い、仮想マシン単位の性能管理ができるようになったりと、仮想化環境における従来のストレージ運用の常識を覆す機能となります。

従来のネットアップのお客様に対して、このようにVVOLの機能を紹介すると、興味深いコメントを頂きます。
それは、『従来、ネットアップで運用していたNFS Datastoreを使った運用と何が違う?』といった疑問を感じるようです。
従来のネットアップのお客様が疑問に感じることもごく自然なことで、実はこのVVOLの機能は、ネットアップ FASとNFS Datastoreを使えば、既に実現できていたことを一般的なSANストレージでも実現できるようにするための機能なのです。

以下、VVOLに該当する、既にネットアップFASが提供している機能を挙げます

  • 従来からネットアップのNFS Datastore上では仮想ディスク毎に単一のオブジェクトとして存在(ストレージの物理的な制約の無い管理が可能)
  • ストレージ上でVMDKファイルの高速バックアップ、クローンが可能、容量も消費しない
  • ストレージ上でVMDKファイル単位の高速リストア
  • ストレージ上でVMDK単位のQoS設定

VVOL自体がネットアップ創業以来、根幹となっているDataONTAPのWAFL(独自ファイルシステム)上での仮想マシン管理に近い動作・仕様となり、ネットアップFASと非常に相性の良い技術となります。

ネットアップのVVOL実装概要

ネットアップのVVOL実装概要

現時点でのVVOL実装計画を紹介します。
VVOLを使うためにまず、プロトコルエンドポイント(PE)とストレージコンテナを設定します。
vSphereはプロトコルエンドポイント経由してストレージコンテナ上に仮想マシンに該当するオブジェクトとして管理します。プロトコルエンドポイントにはNFS接続の場合にはマウントポイントを、SAN接続の場合にはプロキシLUNを指定します。VVOL機能が有効になると、仮想マシンはストレージ上でオブジェクト単位で管理される運用に変わるため、、NFS接続の場合にはVVOL用のオブジェクトとしてファイルが、SAN接続の場合にはLUNが自動的にマッピングされます。そして、QoSなどのストレージポリシーなどはVASAプロバイダを経由してストレージプロファイルとしてvSphere上から連携して動作します。

現時点では概要しか紹介できませんが、このVVOL機能も従来のvSphere環境のストレージ概念を刷新する技術のため、全てのストレージベンダーが直ぐに対応できる機能ではないことが想定されます。ストレージベンダーの開発力に依存する一面も大きいのですが、前段で紹介したとおり、ネットアップFASとNFS Datastoreを使った自体、VVOLのコンセプトを既に反映した運用を既に実現しており、VVOLの開発現場ではネットアップFASがVVOL(NFS)のリファレンスプラットフォームに位置付けられ、VMware・ネットアップ両社にて開発していることから、他社に先駆けてリリースできるのではないかと考えています。

また、プロトコルエンドポイントより先のコンポーネントはストレージ側で開発して実装するため、VVOL操作に伴う、ストレージ容量効率、実行時間などについても、各社ストレージ自体が持つ機能・仕様に依存します。ネットアップの場合には秒単位のスナップショット、クローン機能や効率の良い重複排除機能などストレージ側で標準で実装しており、実際にVVOLを使ったユーザエクスペリエンスの面でも、他製品とは一味違ったストレージ基盤を提供できることもあり、ネットアップの社員は皆、正式リリースを待ち遠しくなっています。

ネットアップFASは既に仮想マシン単位のQoS機能を提供

ネットアップFASは既に仮想マシン単位のQoS機能を提供

ネットアップとしては、今後計画を予定しているベータプログラムに向けてストレージOS上にVVOLと連携するための機能を既に実装しましたが、先に紹介したとおり、VVOLを使った運用は今後のvSphereリリースで利用できる技術となり、正式に利用できるようになるまでもう少し時間が必要です。
ただ、仮想マシンのQoS機能を今すぐに必要としているお客様も少なくありません。実はネットアップの機能だけでVVOLと同等の運用が可能です。
ネットアップが提供するvSphereプラグインVSC5.0(既にベータプログラム開始)とVASAプロバイダを使うことで、vSphere上からストレージプロファイルと連携したQoSの運用を提供しています。

※VSC5.0ベータプログラムサイト

現時点で利用可能なQoS機能比較

現時点で利用可能なQOS機能比較

vSphereとしてもSIOC機能を使ってQoSの設定ができますが、ネットアップFASを使ったQoSの違いは以下となります。

  1. IOPS単位だけではなく、MB/s単位でスループットの指定が可能。
  2. 設定値が常時有効 (SIOCの場合には遅延が設定されたしきい値を超えた時に有効になる動作)
  3. 設定対象がストレージバーチャルマシン(仮想化環境ではテナントに該当)、Datastore単位、仮想マシン単位で設定が可能。
  4. vSphereのエディション関係なく、clustered Data ONTAPの標準機能として利用可能

ネットアップFASのOS、Data ONTAPバージョン8.2から、きめ細かくQoS管理ができるようになりました。特に常時有効な性能設定やDatastore単位での設定を必要としていたお客様には非常に嬉しいアップデートとしてこちらの機能をご利用いただいています。

vSphereのエディション関係なく、clustered Data ONTAPの標準機能として利用可能

SDSを導入するにあたって

図ではVMwareとして提供するSDS機能と、それらに該当するネットアップのストレージ機能の特徴をそれぞれ挙げています。
vSphereのSDS機能の場合、やはりソフトウェア的に実現しており、ハイパーバイザー上の各種リソース(CPU、メモリ、ディスクなど)を消費しながら動作するため、導入にあたってはハードウェア上に各種リソースを事前に用意する必要があります。また、ESXiやSDS機能を実現する仮想アプライアンスに障害が発生した時の動作やその影響にも注意しなければなりません。
もちろん、ハイパーバイザー上のストレージ機能を使った方が良いケースもありますが、ストレージの機能は専用ストレージで実現した方がハイパーバイザーに余計な負荷も掛からないで済みますし、なにより、高い信頼性を兼ね備えたストレージ基盤を構築でき、安心してvSphere環境の運用ができることが最大の利点ではないでしょうか。

SDSを導入するにあたって

まとめ

今回、vForumのセッションを紹介しましたが、VMwareのSDS機能とネットアップのストレージ機能が競合するのではと感じられた方もいらっしゃったかと思います。
まず、第一にお伝えしたいこととしては、ネットアップとしては決して競合する機能としては捉えていません。今回、SDSの機能と共に従来抱えるストレージ環境の課題もあわせて浮き彫りになり、お客様がストレージの重要性を向き合う非常に良い機会になっています。
過去からネットアップは仮想化環境において、ランダムライトI/Oの性能向上やVM単位のバックアップ、リストア運用、フラッシュを使ったストレージ負荷の低減など、ストレージボトルネックを解決するための技術の必要性をお客様に紹介してきましたが、この度、VMwareからも同様の課題を打ち出したことによって、より訴求力のあるメッセージとなりました。
また、vSphereのSDS機能がリリースされ、高性能かつ信頼性の高い仮想化ストレージ基盤を構築できるようになり、仮想化の敷居が下がったことで、より多くのお客様が仮想化を進めることができるきっかけになったのではないでしょうか。特に小規模環境においては専用ストレージを購入しなくても、共有ストレージ機能を使うことができるようになったため、費用対効果は大きいのではないかと考えています。
ただ、中規模、大規模環境において、SDS機能を実現するために必要なハードウェアリソースを積み上げていくと、IAサーバー1,2台分のCPU、メモリリソースやSSD、保護用のディスクなど必要となってしまうため、専用ストレージを導入するコストと変わらなくなってしまうことも想定されます。ネットアップから提供しているFAS2200シリーズも競争力のある価格設定になっておりますので、是非とも合わせてご検討ください。

大西宏和(Hirokazu Onishi)
システム技術本部テクノロジーSE部 シニアシステムズエンジニア、vExpert2013
立教大学社会学部観光学科卒、外資系ストレージメーカーを経て2002年NetCache(セキュリティアプライアンス製品)担当SEとして入社。
入社以来、パートナー及び仮想化ソリューションを担当。
趣味は旅行とサッカー観戦。

大西宏和(Hirokazu Onishi)


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