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第六回:効果絶大!ネットアップの重複排除
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はじめに

少々おそくなりましたが、新年明けましておめでとうございます。今回はvSphere環境において標準的に利用されているネットアップFASの重複排除とオプションモジュールで提供しているFlashCacheについて紹介します。重複排除については前回紹介したFlexCloneと同様の技術を利用して通常のブロックを高密度ブロックの形式に変更できる機能となります。FlexCloneを使えば、事前に重複排除した状態で仮想マシンを展開できますし、FlexCloneを使うことが出来ない条件であったり、vCenterのクローン機能で仮想マシンを展開したとしても、この重複排除があるため、柔軟にvSphere環境のディスク容量を削減することができるのです。

vSphere環境でも利用できるNetAppの重複排除

vSphere環境上に仮想マシンを展開するにあたって、テンプレートの仮想マシンなどからvCenterのクローン機能を使って、展開していくことが多いのではないでしょうか。vCenter上でクローンをされた仮想マシンは当然ですが、ストレージ上で全く同じブロックデータが重複してしまい容量も仮想マシンの数に比例して消費してしまいます。
vCloud DirectorやVMware Composerを利用したVDI環境であれば、Linked Cloneのような機能を使って容量を節約しながらクローンを作成することもできますが、商用環境やお客様の重要なサービスを展開する仮想マシンを配置するvCenterにおいてはLinked Cloneは残念ながら利用することができません。
そのようなこともあり、ネットアップ FASを使えば、標準機能として実装している重複排除機能があるため、vSphere環境におけるストレージ容量を大幅に削減できることをお客様に紹介すると、かなり興味を持っていただいております。(vSphereを使った仮想化環境の仮想マシンの展開が非常に簡単であるため、ほとんどのお客様は膨大なストレージ消費量やどのような方法でストレージ領域を節約するかなど悩みを抱えているようです)

一般的な重複排除ストレージ製品はリアルタイムでの重複排除になるため(もちろんリアルタイム処理で実行する仕様の方があるいみ優れているのですが)、アクセス時に重複排除処理のオーバーヘッドが発生してしまい、プライマリストレージとしての用途としては運用上厳しく、それゆえに通常は製品ラインナップとしてもバックアップ、アーカイブ用途の製品として販売されている様です。しかし、ネットアップFASの重複排除機能はスケジュールにて重複排除を実行する仕様のため、スキャン処理を実行していない時間帯は、パフォーマンスに影響を与えること無く、ストレージ上のデータにアクセスすることができるため、vSphere環境などのプライマリストレージ用途にも問題なく利用することができるのです。

また、ネットアップFASが管理するブロック単位が4KBとかなり小さなブロックであることから、この重複排除機能はかなりの削減効果を発揮します。仮想マシンを展開した直後だけでなく、仮想マシンを利用していくなかで発生したデータの差分についても効率的に重複排除を実行します。もしストレージが管理するブロックサイズが、数10KBや数MBであったとしたら、重複排除機能を搭載していたとしても、差分ブロック全体が全く同じデータを含む可能性は低くなってしまい、重複排除の効果を得ることは難しくなってしまうことが想定されます。

この機能自体は2007年より提供していることと、vSphere環境においてはVSC(Virtual Storage Console)プラグインを使ってDatastoreを作成した場合にはデフォルトで重複排除が有効になっているため、ネットアップFASをvSphere環境で利用しているお客様のほとんどが重複排除機能を利用し、他社のストレージから乗り換えて大幅にストレージ領域を削減できたことを実感いただいています。

よく、「実際にはどれぐらいストレージ領域を削減できるのか?」 といったお問い合わせをいただきますが、通常の使い方で50%以上削減効果を得ているお客様が大半です。ネットアップFASの重複排除機能はFlexVolume単位(Datastore単位)で重複排除を実行しますので、仮想マシンとDatastoreの配置を調整することにより、さらに重複排除の効果を高めることもできるのです。

NFSなら解放された領域を簡単に有効利用できます

プロトコルがNFSの場合は、ESXとの接続をネットアップFASがファイルシステムを管理しているため、重複排除により解放された領域は管理者が何もしなくても、ESX側からは空き領域として反映させることができることも大きな特徴です。ネットアップFAS自体もESXとの接続にFC、iSCSIプロトコルを利用できますが、SAN環境で重複排除を実行した場合には、(たしかにFlexVolume上には空き領域が作成されますが)FlexVolume上のLUNのサイズはESXが管理している関係で、ESX側から解放された領域がどれぐらいあるか確認したり、利用することはファイルシステムの仕組み上できないといった問題が発生します。このため、NFS接続の方がvSphere管理者にとっても使いやすい選択肢と言えます。

※ネットアップFASのFC、iSCSI接続においても、FAS上でLUNを拡張し、ESX側でDatastore領域を拡張することにより解放された領域を再利用できます。

FlashCacheを使ってストレージの階層化をシンプルに実現

vSphere環境において、一番数多く導入いただいているネットアップFAS用のオプションモジュール(Hardware)としてFlashCacheという製品があります。こちらはPCIe形式のカードに搭載された256GBもしくは512GBのフラッシュメモリを中核としたモジュールで、PCIe拡張スロットを搭載したFAS3000シリーズ以上において適用できる追加オプションとなります(ローエンドのFAS2000リシリーズでは搭載は不可)。

最近のトレンドとしてSSD,SAS,SATAディスクを混在させたり、異なるRAIDタイプ(RAID 10/5/6)を組み合わせてストレージの階層化を設定し、パフォーマンスチューニングできる製品が増えてきていることから、お客様からも「ネットアップのFlashCacheとどちらの方が優れているのか?」お問い合わせが増えています。
ネットアップのFlashCacheの特徴としては、カードを挿してOS上で機能を有効にするだけで、コントローラを経由して出ていくデータは自動的にFlashCache上に配置される仕様のため、シンプルにストレージの性能を上げることができるのです。他には一切設定が必要ありません。
また、FlashCacheはリードキャッシュとして動作するのでリード時の性能しか向上、改善できない製品として印象をもたれるお客様が多いのですが、読込時のディスク負荷を大幅に削減できるため、結果としてライト処理に対しても効果を得ることができるとお考えください。

高密度ブロックにすることにより、さらなる性能向上を実現

FlexCloneで展開されたVMDKや重複排除によって変更された高密度ブロックの性能について気になる方も少なくありません。確かに内部動作では参照ブロックとして扱う処理が発生するため、若干、数%のオーバーヘッドは発生してしまいますが(実際の運用のなかで高密度ブロックが原因でパフォーマンス、レスポンスが悪くなったと体感することはありませんが)、今回紹介したFlashCacheを利用することにより、逆に通常のブロック状態よりもパフォーマンスを出せることをお客様に紹介すると驚きや納得のコメントをいただいてしまいます。

FlashCacheと重複排除の組み合わせは特にVDI環境においては高い効果を出すことができます。重複排除によって数百台、数千台の仮想マシンのOSイメージが同一ブロックに集約されることにより、丸ごとFlashCache上に展開しますので、ESXからの読込についてはディスクから毎回読み込む必要がなくなり、ネットアップFASのコントローラ上だけで数百台、数千台の仮想マシンのOSデータに該当するI/Oの処理することができるのです。
通常であれば、性能要件を満たすために物理ディスクの本数を大量に追加してRAIDのストライプ幅を大きくするなどの対処が必要でしたが、このFlashCacheを使うことによって、仮想マシンの起動時間を短縮できるだけでなく、ディスク本数及びディスクシェルフの設置に伴うスペース、電力も削減できることもお客様に喜んでいただいております。

FlashCacheによって300VMの同時起動時間が半減

先月のイベントNetApp Innovationの展示に向けて構築したVMware View環境においてFlashCacheを使うことにより300台の仮想マシンの起動時間がどれぐらい短縮されるか検証してみました。
図においては、FAS上で取得した計測値の中から特にESXからのリードI/Oに関連する値をグラフ化しています。Disk Utilization(赤線)はFAS上で構成されている物理ディスクのBusy状態を表し、Disk Read(茶線)についてはFASのコントローラがディスクシェルフから読み出したデータ量、Network OutはFASがESX側に送信したデータ量、すなわちESXが読み込んだ量を表しています。

また、構成についてはFlashCacheが無い状態において物理ディスクの本数がボトルネックの原因となるように、意図的に少ないディスク本数でRAIDグループ(Data Disk10本でストライプ)を作成しております。

上段のグラフで表している通り、やはりFlashCacheが無い状態ではRAIDのストライプ幅が小さいため、多数の仮想マシン起動時のランダムI/Oリード処理が追いつかなくなり、ディスクのBusy状態(Disk Utilization 100%)が8~9分程続いてしまい、仮想マシンの起動時間に大きく影響を与えています。
そして下段のグラフがFlashCacheを適用した条件となりますが、I/Oの傾向が全く異なることが確認できます。ディスクシェルフからは一回だけ仮想マシンのブロックを読み込むだけで済むため、Disk Read(茶線)が数MBに削減でき仮想マシンの起動時間に大きな影響を与えていた、ディスクのBusy状態が一気に解消されたことが一目瞭然です。またESXからの読込(Network out)もFlashCacheによりコントローラ上で処理できるため、最大450MB/s計測することができました。このFlashCacheにより300台の仮想マシンの起動時間をおおよそ半分に短縮することができましたが、まだまだネットアップFASは余裕がある状態のため、今度はサーバー側の処理が追いついていない状態に変わっていることも確認できます。(サーバー台数を増やし仮想マシンをより分散させることで更に起動時間を短縮)

今回の連載は2つの内容を取り上げたことにより少しコンテンツ量が多くなってしまいました。通常はそれぞれ独立した機能として紹介しているのですが、FlashCacheとFlexCloneを使ったVMDKクローンや重複排除機能にて変更された高密度ブロックの相性が非常に良く、ネットアップFASならではの相乗効果を発揮できる2つの機能であるため、今回一度にまとめて紹介した次第となります。
次回ですが、本連載において要望を多くいただいた、vCenterのプラグインとして動作するVirtual Storage Consoleについて取り上げる予定です。
ご挨拶が遅くなってしまいましたが、2012年、ネットアップ及びFAS共々よろしくお願い申し上げます。


大西宏和(Hirokazu Onishi)
技術本部 エンタープライズSE第二部 シニアシステムズエンジニア
NetApp


立教大学社会学部観光学科卒、外資系ストレージメーカを経て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、本年度よりハイタッチ向けプリセールスSE。
趣味は旅行とサッカー観戦。


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