Windows Server 2012、2012 R2 と進化を続けるストレージ機能を一挙

SC-012
Windows Server 2012、2012 R2
と進化を続けるストレージ機能
を一挙に解説
日本マイクロソフト株式会社
ビジネスプラットフォーム統括本部
北澤英崇
アジェンダ
なぜ Windows Server はストレージ機能を進化させるのか
ストレージの仮想化
ストレージ容量の削減
ファイルサーバーからストレージシステムの進化
Windows Azure の活用
～コストの更なる削減～
マイクロソフトでは「Storage」を「記憶域」と訳していますが、本セッションでは文脈上「ストレージ」と
記述している箇所があります。ご了承ください。
マイクロソフト自身がクラウドサービスを提供
Windows Update
過去20年以上のわたり、
クラウドサービスを提供
世界規模クラウドの経験と実績を
皆様のデータセンターに
アジェンダ
なぜ Windows Server はストレージ機能を進化させるのか
ストレージの仮想化
ストレージ容量の削減
ファイルサーバーからストレージシステムへの進化
Windows Azure の活用
～コストの更なる削減～
ストレージの仮想化
• 仮想ディスクの概念を導入
• 運用管理 / パフォーマンス / コストなど様々なメリット
仮想ディスク (※)
物理ディスク
今まで通り利用可能
領域を切り出す
ローカルの物理ディスクに見える
⇒ 今までの物理ディスクの様に扱える
記憶域プール
物理ストレージ
複数ディスクを束ねてプール化
複数種類のディスクも束ねる
事が可能
既存ストレージ /
最新ストレージ
を有効活用
ローカルディスク (HDD/SDD)、SAN ストレージ、USB ドライブ・・・
(※)「記憶域スペース」と表現されている場合もありますが、本セッションでは仮想ディスクで統一しています
仮想ディスク～冗長性～
• ディスクの冗長化を実現するテクノロジー
• 記憶域プールから仮想ディスクを作成する時に設定
レイアウト
ディスク要件
Simple
最小1台
RAID 0 相当
ストライピング
Parity
( シングルパリティ )
最小3台
RAID 5 相当
データとパリティ情報(1台)が複数の物理ディスクに
ストライピングされる
Parity
最小7台
RAID 6 相当
データとパリティ情報(2台)が複数の物理ディスクにス
トライピングされる
Mirror
( 双方向ミラー )
最小2台
RAID 1 相当
データは２台の物理ディスクに複製される
Mirror
( 3方向ミラー )
最小5台
RAID 1 相当
データは3台の物理ディスクに複製される
R2 の新機能
( デュアルパリティ )
仮想ディスク～シンプロビジョニング～
• ディスクの容量を仮想化。実際の物理領域以上の領域を認識させる
• 最小限のディスク容量でスモールスタート。必要に応じてディスクを追加
• ディスク追加はオンラインで可能
• 記憶域プールから仮想ディスクを作成する時に設定
仮想ディスク
仮想的に認識
されている領域
容量が足りなくなったら
ディスク追加
( オンラインで可能 )
実際の物理
ディスク領域
仮想ディスク～階層化ストレージ～
• データの配置を最適化
R2 の新機能
仮想ディスク
ストレージアクセス
記憶域プール
SSD
• ファイルの固定化を制御可能
ホットデータ
• ポイント
コールドデータ
HDD
仮想ディスク～ライトバックキャッシュ～
R2 の新機能
• SSD を含んだ仮想ディスクにライト
バックキャッシュを確保
• デフォルト 1GB (変更可)
• SSD を有効活用
WBC
ホットデータ
コールドデータ
記憶域プールと仮想ディスク
DEMO
アジェンダ
なぜ Windows Server はストレージ機能を進化させるのか
ストレージの仮想化
ストレージ容量の削減
ファイルサーバーからストレージシステムへの進化
Windows Azure の活用
～コストの更なる削減～
ファイル 1
A
B
C
M
N
ファイル 2
名前、
属性、...
名前、
属性、...
A
B
C
チャンクストア
名前、
属性、...
スパース
再解析
データ
データチャンク
A
ファイル 2
ファイル 1
データの重複除去
名前、
属性、...
スパース
再解析
データ
X
B
Y
C
M
N
X
Y
重複除去の容量削減効果
ファイル
サーバーデータ
3500
3000
：28% 削減
2500
OS VHDs (仮想マシン)
2000
：98% 削減
1500
1000
仮想マシンライブラリの場
合は重複部分が多いため特
に効果が高い
500
0
File Server Data
Before Deduplication
OS VHDs
After Deduplication
出典：ESGラボ「Microsoft Windows Server 2012 記憶域およびネットワーキング分析」
重複除去設定時のパフォーマンス
1
フ
ァ
イ
ル
数
22
83
125
0
5
10
15
20
ファイルを開くまでの経過時間 (秒)
25
30
Before Deduplication
重複除去のオーバーヘッド - 複数の小さなファイルを開く場合
ファイル数
全ファイルを開くための合計時間
重複除去前（秒）
全ファイルを開くための合計時間
重複除去後（秒）
1
22
83
125
1.312
7.171
27.765
35.638
1.321
7.702
28.171
36.799
35
40
After Deduplication
すべてにおいて、
重複除去設定の
オーバーヘッドは3% 以下
出典：ESGラボ
「Microsoft Windows Server 2012 記憶域およびネットワーキング分析」
アジェンダ
なぜ Windows Server はストレージ機能を進化させるのか
ストレージの仮想化
ストレージ容量の削減
ファイルサーバーからストレージシステムへの進化
Windows Azure の活用
～コストの更なる削減～
SMB の進化
• ファイル共有に接続するためのプロトコル
• Windows Server 2008 以降急激に進化
– より速くより可用性を高く
SMB 1.0
SMB 2.0
Windows 95
Windows NT
Windows Vista
Windows 2008
SMB 2.1
Windows 7
Windows 2008 R2
SMB 3.0 新機能
パフォーマンスの向上
SMB ダイレクト (RDMA)
可用性の向上
SMB 透過フェールオーバー
パフォーマンス & 可用性の向上
SMB マルチチャネル
スケールアウトファイルサーバー
SMB 3.0
Windows 8
Windows 2012
一般的なストレージシステムとの構成比較
一般的なストレージシステム
FC/iSCSI ストレージアレイ
Windows ファイルサーバー
ストレージを利用する
各種サーバー
FC/iSCSI
ストレージコントローラ
ストレージを利用する
各種サーバー
SMB
ストレージコントローラ
Windows ファイル
サーバー
(コモディティ
サーバー)
ポイント： ① SMB プロトコルを利用したファイルベースアクセス
② JBOD (Just a Bunch Of Disks)で、ディスクをそのまま利用
③ OS がディスクの制御、冗長化を行い、ストレージサービスを提供
一般的なストレージとの機能比較
一般的なストレージシステム
FC/iSCSI ストレージアレイ
Windows ファイルサーバー
•
•
R2 の新機能
•
•
R2 で拡張
•
•
•
•
•
•
•
•
R2 で拡張
R2 の新機能
•
•
•
•
SMB の進化
一般的なストレージシステム
FC/iSCSI ストレージアレイ
Windows ファイルサーバー
ストレージを利用する
各種サーバー
FC/iSCSI
ストレージコントローラ
ストレージを利用する
各種サーバー
SMB
ストレージコントローラ
Windows ファイル
サーバー
(コモディティ
サーバー)
ポイント： ① SMB プロトコルを利用したファイルベースアクセス
② JBOD (Just a Bunch Of Disks)で、ディスクをそのまま利用
③ OS がディスクの制御、冗長化を行い、ストレージサービスを提供
SMB マルチチャネル
構成例
複数の 1GbE NIC
複数の 10GbE/IB
RSS-capable NICs
SMB クライアント
SMB クライアント
NIC
1GbE
NIC
1GbE
NIC
10GbE/IB
NIC
10GbE/IB
スイッチ
1GbE
スイッチ
1GbE
スイッチ
10GbE/IB
スイッチ
10GbE/IB
NIC
1GbE
NIC
1GbE
NIC
10GbE/IB
NIC
10GbE/IB
SMB サーバー
SMB サーバー
SMB ダイレクト (RDMA)
ファイルクライアント
ファイルサーバー
アプリケーション
ユーザー
カーネル
SMB クライアント
RDMA が利用できる
ネットワーク
R-NIC
SMB サーバー
RDMA が利用でき
るネットワーク
R-NIC
NTFS
SCSI
ディスク
毎秒のトランザクション数
SMB パフォーマンスデータ (負荷:一般的)
OLTP ワークロード、Windows Server 2012、SQL Server 2012
2,500
2,000
1,500
1,000
500
0
SMB(10GbE Non-RDMA)
SMB(10GbE RDMA)
iSCSI SAN (10Gb)
FC SAN (8Gb)
2
487
522
508
518
4
963
1,026
997
989
6
1,443
1,523
1,498
1,463
8
1,932
2,003
1,963
1,950
仮想マシンの数
SMB (10GbE) は FC SAN /iSCSI SANと比較しほぼ同等のパフォーマンス
Non-RDMAは若干劣り(5%未満)、RDMAだと若干勝る (5%未満)
出典：ESGラボ「Microsoft Windows Server 2012 記憶域のパフォーマンスとコストの分析」
SMB パフォーマンスデータ (負荷:超高)
SSD + PCIe 直結
SMB 3.0 +
10GbE
SMB 3.0 +
Infiniband QDR
32Gbps
SMB 3.0 +
Infiniband FDR
54Gbps
Local データ ( SSD+PCIe直結 ) の
大きな IOサイズ (512KB) で IOPS 1万超
15,000rpm DISK 数十本の RAID 0
相当のパフォーマンス
Infiniband FDR (54Gbps) + RDMA
の組み合わせでほぼ同等のパフォーマンス
CPU の負荷の軽減を実現
ファイルサーバーの可用性
一般的なストレージシステム
FC/iSCSI ストレージアレイ
Windows ファイルサーバー
ストレージを利用する
各種サーバー
FC/iSCSI
ストレージコントローラ
ストレージを利用する
各種サーバー
SMB
(10GbE / Infiniband)
ストレージコントローラ
Windows ファイル
サーバー
(コモディティ
サーバー)
ポイント： ① SMB プロトコルを利用したファイルベースアクセス
② JBOD (Just a Bunch Of Disks)で、ディスクをそのまま利用
③ OS がディスクの制御、冗長化を行い、ストレージサービスを提供
ファイルサーバーの可用性
汎用ファイルサーバー
スケールアウトファイルサーバー
(Active-Active 型のクラスタ)
(従来のフェールオーバークラスタ)
Active
Passive
共有ストレージ
頻繁にファイルを開く・閉じる・ファイルを生成する等の操作
を行うユーザーまたはアプリケーションの可用性を向上
一般的なファイルサーバー
Active
Active
8ノード
までの
拡張性
共有ストレージ
共有ストレージ
( CSV 2.0 )
長時間ファイルを開いたままにするアプリケーション
または仮想マシンの記憶域の配置
Hyper-V / SQL Server 用のストレージ
SMB 透過フェールオーバー
•
フェールオーバーはアプリケーション
に対して透過的
•
•
ダウンタイムなし – フェールオーバー中は
微細な IO 遅延が発生
計画内外問わず、利用可能
•
•
•
HW/SW メンテナンス
HW/SW 障害
負荷分散
ファイル/ディレクトリどちらの操作に
も対応
• 要件:
1 通常操作
2 共有のフェールオーバー – 接続とハンドルが
喪失し、一時的に IO がストールする
3 接続とハンドルが自動的に復旧
アプリケーションの IO はエラーを報告され
ることなく継続
Hyper-V
•
•
•
•
Windows Server 2012 以上のフェールオー
バークラスター
クライアントは、Windows 8 または
Windows Server 2012 以上
ファイル共有が ”継続的可用性 (CA)” プロパ
ティで作成されていること
1
3
¥¥fs1¥share
¥¥fs1¥share
2
ファイルサーバークラスター
ファイルサーバー
ノード A
ファイルサーバー
ノード B
クラスタ対応更新 (CAU)
更新
コーディネーター
物理構成例
一般的なストレージシステム
FC/iSCSI ストレージアレイ
Windows ファイルサーバー
ストレージを利用する
各種サーバー
FC/iSCSI
ストレージコントローラ
ストレージを利用する
各種サーバー
SMB
(10GbE / Infiniband)
Windows Server (クラスタ)
Windows ファイル
サーバー
(コモディティ
サーバー)
ポイント： ① SMB プロトコルを利用したファイルベースアクセス
② JBOD (Just a Bunch Of Disks)で、ディスクをそのまま利用
③ OS がディスクの制御、冗長化を行い、ストレージサービスを提供
物理構成例
• 安価なハードウェアを利用
Network
サーバー A
CPU
SAS
HBA
Network
1/10G イーサネット
クラスタ接続
Shared SAS
(共有SAS) 接続
サーバー B
CPU
SAS
HBA
JBOD
SAS
エクスパンダ
A ポート
0
1
…
B ポート
23
SAS
エクスパンダ
• ファイルサーバーとストレージ間は
SAS ケーブルを利用した Shared
SAS (共有SAS) 接続
• 現在の転送帯域は 48 or 24 Gbps
• 安価な JBOD (Just Bunch Of Disks)
を利用
• サーバーは安価で汎用的な
コモディティ PCサーバー
• 制御はWindows Server
• RAID等は Windows Server の
記憶域プール・仮想ディスクで制御
コスト比較
GB あたりの取得コストの分析
(24 台の 10K 600 GB SAS ドライブから 14.4 TB の未加工容量)
$10
$/GB
$8
$6.65
$6
$6.19
$3.33
$4
$2
$0
FC SAN
iSCSI SAN
File-based Storage with Spaces,
SMB, RDMA, SAS JBOD
出典：ESGラボ「Microsoft Windows Server 2012 記憶域のパフォーマンスとコストの分析」
FC SAN / iSCSI SAN と比較し、Windows Server のファイルサーバー
ベースのストレージは約半分のコストで導入可能
アジェンダ
なぜ Windows Server はストレージ機能を進化させるのか
ストレージの仮想化
ストレージ容量の削減
ファイルサーバーからストレージシステムへの進化
Windows Azure の活用
～コストの更なる削減～
Windows Azure へのバックアップ
• 低コストな Azure 上の Storage
をバックアップ領域として利用
暗号化
Windows Azure
Online Backup Agent
• Windows Azure Online Backup
Agent と連携する事により
Windows Azure へのオンライン
バックアップが可能
• Windows Server 標準バックアッ
プユーティリティである
Windows Server Backup
に統合される
System Center による統合バックアップ
• オンライン高速差分バックアップ
• 複数のマイクロソフト製品を統合バックアップ
Windows Azure Backup
暗号化
オンライン
差分
バックアップ
ディスク
テープデバイス
クラウド統合ストレージ StorSimple
Windows Azure
• ストレージアプライアンス
アクセス頻度の低い
データは自動的に
クラウドへ移動
• 自動階層化機能によりクラウドと
ローカルストレージ間のデータ配
置を最適化
• ローカルストレージとして
パフォーマンスを維持
暗号化
重複排除/圧縮
よく使うデータは
ローカルストレージ
(SSD/HDD) に格納
StorSimple
• Windows Azure と連結
• 自動バックアップ機能
• バックアップデータをクラウドに
配置する事で災害対策、事業継続
環境を実現
まとめ
ストレージコストの削減
• 記憶域プールによる既存ストレージの有効活用
• 重複除去による使用ストレージ容量の削減
• シンプロビジョニングによるスモールスタートの実現
• 安価なコモディティサーバー + 安価なストレージで
ハイエンドストレージ並のパフォーマンスと信頼性の実現
最新ハードウェアの有効活用によるパフォーマンス向上
• SSD の有効活用 ( 階層化記憶 / ライトキャッシュ )
• 10Gb Ethernet / Infiniband 等の有効活用
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ステップバイステップ評価ガイド
Windows Server 2012 R2 フェールオーバー
クラスタリング構築・運用・管理ガイド
System Center 2012 R2 Orchestrator,
Service Manager ステップバイステップ評価ガイド
Windows Server 2012 R2
高信頼ファイルサーバー構築ガイド
Windows Azure Services for Windows Server
ステップバイステップ評価ガイド
Windows Server 2012 R2記憶域スペースの
Windows Server 2012 R2 ネットワーク仮想化
アーキテクチャーと設計・管理のベストプラクティス（SDN）ステップバイステップ評価ガイド
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