「NVMeストレージ」の実力を最大限に引き出す【後編】

NVMeストレージの性能向上を阻む4つの課題、その解決策とは？

NVMeベースのストレージでは、ファイルシステムがボトルネックとなり得る。本稿ではそれを防ぐ方法について説明する。

公開 2019年04月19日 05時02分

著者

George Crump

[TechTarget]

印刷する連載新着通知を受け取る

　前編「NVMeストレージの性能向上に『ファイルシステム』が重要な理由」では、高速インタフェース規格「NVMe」（Non-Volatile Memory Express）に準拠したストレージのパフォーマンスに、ファイルシステムが与える影響について説明した。後編では、NVMeストレージのパフォーマンス向上を阻む具体的な原因と、その解決策を示す。

併せて読みたいお薦め記事

NVMeについて詳しく

ストレージとメモリの知識を付ける

ファイルシステムについて検討すべき4つの要素

　ファイルシステムにはパフォーマンスを制限する4つの要素がある。

ファイルシステムとストレージノードとの通信効率
さまざまなストレージノードを接続するネットワークに対するファイルシステムの管理効率
ファイルシステムとクライアント端末との通信効率
メタデータアクセスに対するファイルシステムの管理効率

　上記の要素を踏まえた上で、NVMeストレージのパフォーマンスを高めるには、どうすればよいのだろうか。

　ファイルシステムは通常、OSのI/Oスタック経由でストレージと通信する。多くのファイルシステムはLinuxを基盤とし、その機能を通じて通信する。ただしその分のオーバーヘッドが発生する。

　そこで代わりになるのが、NVMeベースのファイルシステム向けに独自のI/Oチャネルを作成する方法だ。高価なハードウェアで過剰に補整する必要なく、最大のパフォーマンスを引き出すチャンスをファイルシステムユーザーに提供する。

　ファイルシステムは、一般にNFS（Network File System）といった標準プロトコルを使用してクライアントと通信する。NVMeにはNVMe-oF（NVMe over Fabrics）というバリエーションがある。最新のファイルシステムは、並列処理でNVMe-oF接続を可能にするソフトウェアを、クライアントで実行できるようにする必要がある。

　NVMe-oFは、さまざまなストレージノードの相互接続にも使用できる。このようなファイルシステムの顧客にとってのメリットは、直接接続型ストレージ（DAS）と同程度の遅延で、ファイルシステムが提供するアクセスの容易さが得られることだ。

　最新のアプリケーション環境の大半では、全てのストレージI/Oの80％以上をメタデータが占めているという見方がある。全てNVMeストレージで構成するファイルシステム構造では、メタデータへのアクセスは高速になる。ただしメタデータのレイアウト方法は、遅延の少なさというNVMeのメリットを生かせるぐらい効率的でなければならない。

　メタデータのパフォーマンスを最適化するには、ファイルシステムを構成するクラスタ内のノード全体にわたってメタデータをストライピング（複数のノードにデータを分散して書き込むこと）させることが必要だ。こうすることで、どのノードもパフォーマンスのボトルネックにならなくなる。