ホワイト ペーパー VFCache による SQL Server のパフォーマンスの大幅な向上 VNX によるデータ保護 EMC ソリューション グループ 要約 このホワイト ペーパーでは EMC VFCache と EMC VNX を組み合わせて Microsoft SQL Server 2008 環境での OLTP( オンライン トランザクション処理 ) のパフォーマンスを改善する方法について説明します 2012 年 2 月
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目次 エグゼクティブ サマリー... 4 ビジネス ケース... 4 ストレージ パフォーマンスの課題... 4 VFCache のソリューション... 5 最高速度のサーバ側フラッシュのキャッシング... 5 全体的な保護のためのアレイへのライトスルー キャッシュ... 6 すべてのアプリケーションに対応... 6 共有可能 拡張可能... 7 ソリューションのアーキテクチャ... 8 はじめに... 8 物理アーキテクチャ... 8 EMC VNX... 8 VFCache テクノロジーと Microsoft SQL Server: テストおよび検証... 9 はじめに... 9 ワークロード プロファイル... 9 推奨される構成... 9 パフォーマンス特性... 9 結論... 12 参考資料... 13 ホワイト ペーパー... 13 製品ドキュメント... 13 3
エグゼクティブ サマリー ビジネス ケース 競争がますます激化する環境において 企業はビジネス プロセスを最適化し サービスを向上させる一方で IT コストを削減する必要に迫られています こうした新しい要求への対応は 多くの企業が財政的に成功するために重要になっています したがって 運用に関わるアプリケーションや収益創出につながるアプリケーションは 以下のような点により 非常に高いパフォーマンスを要求されるようになっています アクティブ ユーザー数の増大 スピードが重視されるアプリケーションや拡大するサービス レベル契約 ますます複雑になるビジネス プロセスと新たな分析ワークロード コンカレント アクセス数の多い複数のデータベース 企業がこれらの要求にコスト パフォーマンスの高い方法で またデータ保護を犠牲にせずに対応するには パフォーマンス上の課題に対して新しいアプローチを検討する必要があります ストレージ パフォーマンスの課題 マルチコア プロセッサを搭載した最新のサーバは ストレージ サブシステムのパフォーマンスのボトルネックになる可能性があります 処理容量が増加し さらに重いワークロードがかかると ストレージ システムは増大する I/O リクエストに対応し続けるのが困難になります CPU のパフォーマンスは 10 年で 100 倍向上しますが 磁気ディスクは図 1 に示されているように比較的平坦なままです 図 1. CPU のパフォーマンスとディスク ドライブ 従来のアーキテクチャは 図 2 に示されているように 次の特徴を備えています 読み取りと書き込みは ストレージ アレイで実行される パフォーマンスは バックエンド アレイのメディア ワークロード ネットワークにより異なる 4
図 2. 従来のアーキテクチャ レーテンシーを低減し IOPS と 1 分あたりのトランザクション数を増加することにより アプリケーション パフォーマンスを倍にできるとしたらどうでしょうか VFCache のソリューション 最高速度のサーバ側フラッシュのキャッシング EMC VFCache は サーバのフラッシュ キャッシュ ソリューションの 1 つで インテリジェントなキャッシュ ソフトウェアと PCIe フラッシュ テクノロジーを活用してレーテンシーを減らし スループットを向上させることで アプリケーション パフォーマンスを飛躍的に向上させます VFCache ソフトウェアは サーバベースの PCIe カードで最も頻繁に使用されるデータをキャッシュするため データはアプリケーションにより近い場所に置きます ( 図 3 を参照してください ) これにより ストレージ アレイからネットワーク経由でデータにアクセスする必要がなくなり レスポンス タイムが短縮されるとともにパフォーマンスが向上します 図 3. VFCache は サーバ内の I/O パフォーマンスを高速化 5
VFCache のキャッシング最適化では 最も頻繁に参照されるデータを判断し これをサーバのフラッシュ キャッシュに置くことで 変化するワークロードに自動的に適応します つまり 最もホット なデータがサーバの PCIe カードに自動的に保存され アクセスが大幅に迅速化されます 図 4 に示すように VFCache の高度なアーキテクチャは より高いパフォーマンスとデータ保護を実現します 読み取りは パフォーマンス向上のために VFCache によって行われる 書き込みは 保護のためにストレージ アレイへ受け渡される 図 4. VFCache による高度なアーキテクチャ VFCache は 読み取りが多いアプリケーションのパフォーマンスを向上します このテストでは VFCache の使用により 1 分あたりのトランザクション数で測定したスループットが 260% 向上し 読み取りレーテンシーが 87% 減少しました VFCache は データベース 分析 エンタープライズ アプリケーション サーバ メール Web サーバなどのさまざまなアプリケーションと連動して 求められるパフォーマンス向上を達成します VFCacheは 仮想化されたアプリケーションとベア メタル アプリケーションの両方の機能を強化するため ビジネスに適したペースでデータセンターをプライベート クラウドにスムーズに移行できます 1 全体的な保護のためのアレイへのライトスルー キャッシュ VFCache は ライトスルー アルゴリズムを使用してデータを保護します つまり 書き込みはバックエンド ストレージ アレイに保持されます ストレージ アレイの EMC Symmetrix VMAX や EMC VNX ファミリなど EMC の信頼できるネットワーク ストレージは 高可用性 データ整合性 信頼性 災害復旧などの高度なデータ サービスでデータを保護します すべてのアプリケーションに対応 VFCache はアプリケーションに対して透過的であるため VFCache をご使用の環境に導入するために書き換え 再テスト 再認定は不要です 1 VFCache は 共有ディスク環境やアクティブ / アクティブ クラスタに対応していません 6
このホワイト ペーパーでは Microsoft SQL Server 2008 に重点を置いていますが VFCache アーキテクチャは その他の多数のアプリケーションのパフォーマンスを直接的に強化し SAN リソースに頻繁にアクセスする 書き込みが多いアプリケーションを間接的に強化します 共有可能 拡張可能 VFCache は 読み取りが多いアプリケーションのパフォーマンスを直接向上させる一方で SAN リソースに頻繁にアクセスする 書き込みが多いアプリケーションを間接的に強化します VFCache は ストレージ アレイでの読み取りトラフィックの多くをオフロードします このため 別のアプリケーションにより多くの処理能力を割り当てられます VFCache で特定のアプリケーションを高速化している間 別のアプリケーションではアレイのパフォーマンスが維持されるか ほんのわずかしか上昇しません VFCache を導入したサーバが環境内に増えると 拡張性の高い I/O 処理モデルが実現します サーバやストレージ システムを含む環境全体で ますます増大する IOPS を処理することができます EMC VFCache の詳細については ホワイト ペーパー EMC VFCache の概要 を参照してください 7
ソリューションのアーキテクチャ はじめに このセクションでは このソリューションで使用される物理アーキテクチャの概要を説明します 物理アーキテクチャ 図 5 は このソリューションの物理アーキテクチャを示しています 図 5. Microsoft SQL Server と VNX5300 を使用した EMC VFCache このソリューションのアーキテクチャは Microsoft SQL Server 2008 R2 Cisco サーバ VNX ストレージ アレイで構成されます ソリューションは EMC Symmetrix VMAXe や VNX など さまざまなストレージ アレイで構成することができます このソリューションでは VNX5300 が使用されています このテスト構成に使用したサーバは 4 個の Xeon X7560 プロセッサに合計 32 個のコアを搭載する Cisco UCS C-460/M1 ラックマウントです サーバ構成には VFCache サーバ ベースのフラッシュ キャッシュと SAN スイッチへの 2 系統の 8 Gb/ 秒接続が含まれています EMC VNX EMC VNX ファミリは 業界をリードする技術革新と ファイル ブロック オブジェクト ストレージに対するエンタープライズ機能を 使いやすく拡張性の高いソリューションとして提供します このストレージ プラットフォームでは 強力で柔軟性の高いハードウェアと高度な効率性 管理 保護ソフトウェアを組み合わせて 現在の企業の厳しいニーズに対処します VNX シリーズは 中堅企業と大企業の高パフォーマンスや高拡張性の要件を満たすように設計されています VNX と EMC VNXe は ブロック ストレージ アクセスに使用されたときに VFCache によってサポートされます 8
VFCache テクノロジーと Microsoft SQL Server: テストおよび検証 はじめに EMC では Microsoft SQL Server 2008 環境で OLTP( オンライン トランザクション処理 ) を高速化するために VFCache の機能をテストしました このセクションでは テストの結果を説明します 注 ベンチマークの結果は ワークロード 特定のアプリケーション要件 システムの設計と実装に大きく左右されます これらの要因やその他の要因によって 相対的なシステム パフォーマンスが変動します そのため 重要なキャパシティ プランニングや製品評価を検討する際には このワークロードを特定のカスタマー アプリケーション ベンチマークの代替として使用しないでください ワークロード プロファイル EMC によるテストでは 750 GB のデータベースと読み取り / 書き込み混合率 90/10% を使用する 標準的な TPC-E に類似した OLTP ワークロードを使用しました まず 環境のパフォーマンス特性を検証するためのパフォーマンス ベースラインを調査しました 次に VFCache を有効にして 1 秒あたりのトランザクション数とアプリケーション レベルのトランザクション レーテンシーを測定し VFCache がアプリケーションのパフォーマンスに与える影響を明らかにしました 推奨される構成 VFCache はすべてのデータ LUN で有効にします ただし ログ LUN は書き込みが中心であるため VFCache を有効にしませんでした Microsoft SQL Server に特定のチューニングは不要でした この構成で VFCache はキャッシュ アルゴリズムを使用して 最もホットなデータのコピーを自動的に維持して すぐにアクセスできるようにします パフォーマンス特性 図 6 では ベースライン環境と VFCache を有効にした環境の全体的なシステム スループット (1 秒あたりのトランザクション数 ) を比較しています サーバの VFCache でホットなデータを利用できることから 1 秒あたりのトランザクション数が 260% 向上する結果が得られました 9
図 6. 相対的な OLTP の TPS(1 秒あたりのトランザクション数 ) の向上 TPS パフォーマンスが 3.6 倍向上する一方で 図 7 に示すように 読み取りレーテンシーが 87% 減少しました 図 7. アプリケーション レベルのレーテンシーへのインパクト VFCache は 最もホットな読み取りデータをコピーして サーバ内の PCIe カードに格納します このデータは バックエンド ストレージに I/O 要求を送信することなく アプリケーションにより繰り返し読み取ることができます 読み取り / 書き込み混合率が 90/10% のワークロードでは この結果 全体的な平均トランザクション レーテンシーが 87% 減少します 10
ここで重要なのは 顧客によって得られる結果が異なるということです アプリケーション パフォーマンスの改善は 次の項目を含むさまざまな要因に左右されます I/O 読み取り / 書き込み比率 ワークロードに固有の拡張性 VFCache を導入する前のストレージ サブシステム内の既存の制約 データベースのチューニング 他のアプリケーションとの VFCache の共有 11
結論 この Microsoft SQL Server OLTP ワークロードのテストでは VFCache を搭載したシステムと VFCache を搭載していないベースライン構成を比較しました VFCache 搭載サーバは 次のパフォーマンス上のメリットを示しました 1 秒あたりのトランザクション数で測定したシステム スループットは アプリケーションに変更を加えていない状態で ベースラインのスループットの最大 3.6 倍でした 全体的なトランザクション レーテンシーは ベースラインの 87% 減少しました VFCache により データの整合性と保護が維持されました 12
参考資料 ホワイト ペーパー 製品ドキュメント 追加情報については 次のホワイト ペーパーを参照してください EMC VFCacheの概要 EMC VFCacheによってOracleを高速化 :EMC VFCache EMC VNX EMC FAST Suite Oracle Database 11g EMC VFCacheによってOracleを高速化 :EMC VFCache EMC Symmetrix VMAX およびVMAXe Oracle Database 11g EMC VFCacheによって仮想 Oracleを高速化 :EMC VFCache EMC Symmetrix VMAXおよびVMAXe VMware vsphere Oracle Database 11g 追加情報については 次の製品マニュアルを参照してください EMC VFCache: データ シート EMC VNX ファミリ : データ シート 13