ボトルネックに対処するための選択肢は?
仮想化環境向けストレージ構成のチェックポイント
仮想化ホストサーバ用のストレージ構成を設計するに当たっては、サポートしなければならない実際のディスクアクセス特性を把握する必要がある。
多くの人がアパートの1室で共同生活している状態を想像していただきたい。しかも全員、その部屋の所有者は自分だと考えているのだ。こういったルームメートと同様、時としてOSやアプリケーションも互いに対する思いやりに欠けることがある。例えば、これらのソフトウェアは、物理マシン上で動作しているときにはハードウェアリソースを独占するように設計されている。ここに「仮想化」という要素を追加したとたん、多くの利己主義者が同じリソースを求めて競い合うという状況になる。彼らとリソースの間にあるのが仮想化レイヤである。これは、すべての住人を満足させつつ利益を生み出すアパートの管理人のような役割を果たす。仮想化ホストサーバ上のディスクI/Oの場合も同じだ。本稿では、この共通のボトルネックに対処するための選択肢について検討する。
仮想化I/Oの要件を理解する
最も重要なポイントの1つは、すべてのディスクI/Oが同じとは限らないということだ。仮想化ホストサーバ用のストレージ構成を設計するに当たっては、サポートしなければならない実際のディスクアクセス特性を把握する必要がある。以下の点に留意すること。
- 読み出し動作と書き込み動作の比率
- シーケンシャル読み出し/書き込みとランダム読み出し/書き込みの頻度
- I/Oトランザクションの平均サイズ
- 時間的なディスク利用状況の変化
- 遅延制約
- ストレージスペースの要件(バックアップやメンテナンス作業用のスペースを含む)
物理サーバに関するこれらの情報を簡単に収集できる場合もある。例えば、Windowsプラットフォームでは「Performance Monitor」を使ってデータを収集し、後で分析するためにそれをバイナリファイルやデータベースに保存することができる。VM(仮想マシン)を利用するに当たっては、I/O要件を測定し、それらを組み合わせることによってディスクパフォーマンスの目標を設定する必要がある。本稿では、コスト、管理、拡張性の各要件に基づき、仮想ハードディスクファイルを保存する方式の選択に焦点を絞る。
ローカル・ダイレクトアタッチドストレージ
ほとんどの場合、標準的なストレージオプションは、ローカルストレージを使用するというものだ。最も一般的な接続方法としては、PATA、SATA、SCSI、SASなどがある。各接続方式によってパフォーマンスおよびコストが異なる。RAIDベースの構成はフォールトトレランス機能を提供するほか、パフォーマンスの改善にも効果がある。
RAIDベースの構成の長所としては、ほかのストレージオプションよりも一般的に安価で、レイテンシが低く、広帯域コネクションを1台の物理サーバ用に確保できることがある。短所としては、ストレージスペースが無駄になる可能性があること(複数のコンピュータでディスクスペースを共有しないため)、特にRAIDを実装した場合、物理的なディスク容量の制約のためにストレージの総容量と拡張性が制限されること、ストレージが分散しているために管理が難しいことなどが挙げられる。
SANとファイバチャネル
SAN(Storage Area Network)は基本的に、銅線ベースのイーサネットではなく、ファイバチャネル接続をベースとする。SAN用プロトコルは高いスループットと低いレイテンシを実現するが、光ファイバベースのネットワークインフラを導入する必要がある。一般に、ストレージアレイはディスクスペースの一部分に対してロー(raw)ブロックレベルでのアクセスを可能にする。
長所
- 優れた接続パフォーマンス
- 優れた互換性(ホストサーバからはローカルストレージのように見える)
- 一元的なストレージ管理が可能
短所
- 導入コストが高い(ファイバチャネル対応のホストバスアダプタ、スイッチ、ケーブルが必要になるため)
- 管理コストが高い(第2の「ネットワーク」環境を管理するための専門知識が要求されるため)
ネットワークベースのストレージ
ネットワークベースのストレージデバイスは、標準的なネットワーク接続(イーサネットなど)を通じてディスクリソースを提供する。これらのデバイスの多くは、SMB(Server Message Block)やNFS(Network File System)などのプロトコルをサポートする。SMBとNFSはいずれも、ファイルレベルでのディスクアクセス用である。iSCSIプロトコルは、標準のネットワーク上でraw(ブロックレベルの)ディスクアクセスを行うことができる。iSCSIに接続されたボリュームは、ホストサーバからはローカルストレージのように見える。
長所
- 導入コストと管理コストがSANよりも低い(銅線ベースのイーサネット接続を利用するため)
- 個別ニーズに応じてホストレベルまたはゲストレベルでストレージにアクセスできる
- 優れた拡張性(数百台のディスクでアレイを構成できる)および高いスループット(専用の冗長I/Oコントローラを使用するため)
- ダイレクトアタッチドストレージと比べて管理が容易(ディスクが一元化されているため)
短所
- アプリケーションと仮想化プラットフォームがファイルベースのアクセスまたはiSCSIをサポートしなければならない。
ストレージのチェックポイント──互換性、容量、コスト
実際に仮想化技術を導入した場合、ストレージのパフォーマンスが重要なボトルネックになることが多い。CPUやメモリでは、パフォーマンスを向上させるための明確な方法が存在するが、ハードディスクの場合はどうなのだろうか。
ダイレクトアタッチド、ネットワークベースおよびSANベースの各ストレージ方式では、現実的な選択肢が幾つかある。キャパシティ、パフォーマンス、管理といった面でローカルストレージでは限界になったら、iSCSIまたはファイルベースのネットワークストレージサーバの導入を検討すべきである。もちろん、選択するハードウェアとソフトウェアを自社の仮想化レイヤがサポートしていることが基本要件である。SANも有力な選択肢だが、iSCSIデバイスはSANの数分の1のコストで同等のパフォーマンスを提供できるという調査結果もある。
とりわけ重要なのは、実運用環境に配備する前にソリューションを徹底的にテストすることである。OSはディスクに関連したレイテンシの影響を非常に受けやすく、ディスクアクセスの競合は予期せぬトラフィックパターンを引き起こす可能性もある。そしてシステムの導入が完了したら、スループットやレイテンシなどのストレージ関連のパラメータを監視・管理できるようにしなければならない。
全般的に言えば、仮想環境用のストレージを配備するのは、技術的に非常に厄介な作業となる可能性がある。正しいソリューションは管理人も住人も満足させるが、間違ったソリューションはひどい混雑と収拾がつかない状態を招くだろう。
本稿筆者のアニル・デサイ氏は、テキサス州オースティン在住のフリーのコンサルタント。Microsoftの技術をベースとしたソリューションの評価、導入、管理を専門とする。Microsoftのサーバ製品および.NET開発プラットフォームを幅広く手掛け、数千の仮想マシンをサポートするデータセンターを管理した経験もある。MCSE、MCSD、MCDBAの資格を持ち、Microsoft MVP(Windows Server管理インフラ部門)も受賞した。
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