2016年07月21日 08時00分 UPDATE
特集/連載

高速なPCIe SSDの使い道を考えるPCIe SSD──キャッシュにするべきかストレージとして使うか、それが問題だ

PCIe SSDには2つの使い方がある。低速なストレージのキャッシュにする方法と、ストレージ階層化における高速ドライブに利用する方法だ。ただし、それぞれ一長一短があることに注意が必要だ。

[Chris Evans,Computer Weekly]
Computer Weekly

 フラッシュストレージはHDDに比べて大幅にパフォーマンス(IOPSおよびスループット)が向上し、レイテンシが抑えられている。とはいえフラッシュは比較的高価で、価格は大容量HDDの10倍を下らない。データを全てフラッシュに移行させたくても、現実的な選択肢として検討するのはまだまだ難しいと考えるIT部門も多い。

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 そこで妥協案として、アクティブな入出力(I/O)を高速化するために、フラッシュをキャッシュに利用したりティアリング(ストレージ階層化)機能を備えたストレージに組み込んだりする場合がある。

 しかし、ストレージに格納したアクティブなデータへのアクセスを高速化するという目的は同じでも、キャッシングとティアリングではアプローチの方向が全く異なる。キャッシングは本質的に、アプリケーションとバックエンドストレージの間にアクティブなデータのコピーを配置する方式だ。これとは対照的に、ストレージティアリングはデータの使用頻度によって異なる種類の媒体(高速なもの、比較的高価なもの、低速なもの)に振り分けて配置する仕組みだ。

キャッシュ

 DRAMまたはシステムメモリをキャッシュとして使用するのは、メインフレーム時代から受け継がれているコンピュータアーキテクチャの1つだ。外部アレイにキャッシュを配置してI/Oを高速化する手法も25年前から使われていた。

 現在は、アクティブなデータを保持するキャッシュの設置場所として、

  • ストレージアレイ
  • ハイパーバイザー
  • OS
  • アプリケーション

の4つの選択肢がある。ストレージの視点から考えると、ハイパーバイザーまたはOSにキャッシュを配置すれば、外部接続した媒体間のI/O数を低減できる。一方、アレイにキャッシュを配置すると、データの読み書きのために低速な媒体にアクセスする時間を短縮することができる。

 また、キャッシングには3つの方式がある。ライトバック方式の場合、キャッシュへの書き込み直後に、I/Oが完了したかどうかをホストに確認する。ライトスルー方式の場合、キャッシュと外部媒体の両方に書き込みを実行する。ライトアラウンド方式の場合、書き込みI/O時はキャッシュをバイパスする。

 3つの方式は全て、アクティブな読み込み要求をキャッシュに直接実行することによって読み込みを加速する。それぞれのキャッシング方式のユースケースは、アプリケーションから送信されるデータのI/Oプロファイルによって変わる。

 多くの場合、(読み込みのみを加速する)ライトスルー方式で十分効果がある。ライトバック方式は書き込みI/Oが速くなる。ただしハードウェア障害の影響を防ぐため、耐障害性システムを実装する必用がある。ライトアラウンド方式は大規模なシーケンシャルI/Oを実行する場合に有効だ。アプリケーションから毎度直ちに再読み込みを実行することがなくなるからだ。

ティアリング

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