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ハイブリッドRAID ホワイトペーパ
ハイブリッド R A I D ホワイトペーパ アダプテックハイブリッドRAIDソリューション パフォーマンスと信頼性の最大化するために SSD と HDD を組み合わせる 要旨 ユーザのスピードに対する要求の高まりとアプリケーション負荷が 次々と増大することにより、データセンタでは、常にインフラのパ フォーマンスを増加させなければならないという困難に直面していま す。これに対し、CPUは継続的によりパワフルになっていますし、 ネットワークスピードの増加やディスクドライブの容量が増え続け ていることなど、コンポーネントによっては相対的にわかり易いパ フォーマンスアップグレード方法を提供しています。しかし、I/Oオペ レーションのパフォーマンス向上が同様のペースで増加しなければ、 これらコンポーネントの進化はあまり意味を成しません。 例えば、オンライントランザクションプロセッシングシステム （OLTP）では、しばしばデータベースのアップデートが発生する頻 度によって制限されます。検索アルゴリズムのパフォーマンスは、 様々なデータ構成をディスクからいかに速く読み出すか次第である可 能性があります。ウェブサイトに問題なくアクセスできるユーザ数 は、どのくらい速くウェブページを提供できるかにかかっています。 エンドユーザ数の増加は、反応時間が長くなったり、レイテンシが増 加することで問題をより悪化させます。 Equation Research＊1によると： • ピーク時間帯におけるパフォーマンス（反応）の悪さにより、 78%のサイト訪問者は競合サイトへ離脱。 約400 IOPS / 最大150MB/秒 50% リード • パフォーマンス（反応）の悪さを経験した人の88%は、再度その SSDのリードパフォーマンスは HDDへ送られる全要求の50%に サイトを訪れそうにない。 制限される • 他へ移動した人の47%は、サイト運営企業に対してあまり好意的 ライト でないイメージを持って離脱。 ライト シス テムパフォーマンスを上げるために、データセンタでは、 15,000 RPMのシリアルアタッチドSCSI(SAS)ドライブのような、 約400 IOPS / 最大150MB/秒 1. 高速のハードディスクドライブ（HDD）を加えたり、ベストパフォー 50% リード マンスを得るためにアプリケーションがディスクの最外周だけを使用 する“ショートストローク”にすることがあります。また、例え既存 サーバ内にさらに多くのユーザに対応するだけの容量が余っていたと しても新規サーバを追加するかもしれません。 いずれの場合でも、ストレージ容量の利用効率が下がる結果となりま ライト す。加えて、サーバの増設は、資本コストと、メインテナンス、電 力、冷却コストのような運用コストの増大、物理的なスペースの必要 ライト 性へとつながります。 約25K IOPS / 最大300MB/秒 半導体ディスク（SSD）の市場への浸透は、これら多くの問題を緩和 し、データセンタのストレージアーキテクチャの考え方を変化させて います。 100% リード SSD: フラッシュのパフォーマンス Fig 4 SSDは、より高いリード帯域とIOPS、より良い機械的信頼性、耐衝 撃性や対振動性の高さなど、HDDに対していくつかの優位性を持っ ています。しかし、これらの優位性を提供するフラッシュの特徴は、 600 同時に、容量の小ささやストリーミングライト帯域の低さといった、 HDDと比較した場合の短所も持ち合わせています。 500 “When more Website visitors hurt your business: Are you ready for peak traffic?,” Equation Research 2010 1 400 SSDのもう一つの短所は、HDDのようにデータを直接オーバーライト できないことにあります。代わりに、新しいデータを書き込めるよう にするには、例えそれがわずか数バイトの変更だとしても、データブ ロックの目的地全体を最初に消去しなくてはなりません。 このプロセスはライトパフォーマンスに影響するだけでなく、フラッ シュ媒体の表面の耐久性に不均等を発生させ、ドライブの早期不良へ とつながります。耐久性の不均等に対処するために、多くのSSDで は、消去と再書込みを媒体表面全体に平均して実施するウェアレベリ ング機能を搭載しています。ウェアレベリングはドライブの寿命を延長 しますが、ライトパフォーマンスをさらに低下させることになります。 SSDはまた、HDDと比較すると遥かに高価で、特に一般的な“容量に おけるGBあたりのコスト”で考えた場合にその差が顕著です。その潜 在的な長所にもかかわらず、ほとんどの環境において、すべてのHDD をSSDに置き換えることは現実的ではありません。 しかしながら、HDDとSSDを組み合わせるというハイブリッドのアプ ローチであれば非常にコスト効率が高くなり、“I/Oオペレーションあ たりのコスト”もしくはよりグリーン化を意識した“I/Oオペレーショ ンあたりの電力消費”で比較した場合にはその効果はより顕著なもの となります。 ハイブリッドRAIDとは？ ハイブリッドRAIDは、高容量、低価格のSATAもしくはハイパフォー マンスのSAS HDDと、レイテンシが低く、高IOPSのSSD、SSDを 認識するRAIDコントローラを組み合わせた冗長性を持ったストレージ ソリューションです（図１）。 SATAまたは SASドライブ RAIDコントローラ SSD 図１．ハイブリッドRAIDの構成 ハイブリッドRAIDでは、リードオペレーションはより高速なSSDか ら実行され、ライトオペレーションは冗長性確保のために、SSDと HDDの両方に実行されます。 ハイブリッドRAIDは、インターネットゲートウェイやファイルサー バ、仮想化用マシンといったローレベルデータを使用するアプリケー ションに理想的です。 ハイブリッドRAIDの利点とは？ ハイブリッドRAIDは、SSDのみのRAIDアレイよりも遥かに低いコス トで、標準的なHDDのみのRAIDアレイより著しく高いパフォーマン スを発揮します。HDDのみのアレイと比較して、ハイブリッドアレイ はIOPSを加速させて、レイテンシを低減し、データセンタやクラウド • コントローラ: Adaptec RAID 6805 コンピューティング環境においてサーバ1台あたりでより多くのユーザ • コントローラファームウェア: 18623 をホスティングし、秒あたりのトランザクションをより多く実行しま • Windows ドライババージョン: 18646 す。これにより、決められた負荷を処理するために必要となるサーバ • HDD: 日立 3TB SATA HUA723020ALA640 台数を低減することが可能となります。 • SSD: OCZ-Vertex3 MaxIOPS ハイブリッド R A I D ホワイトペーパ 2 ハイブリッドRAID cenario 1 サーバを削減することは、データセンタ内におけるサーバの必要数を 3.各ドライブ上の未使用のディスクスペースは必要に応じて、もう一 削減するだけに留まらず、増設サーバ購入のための資本コストの削減 つのアレイとして使用可能。 や、電力、冷却、メインテナンスといった運用コストの削減といった 4.上記シナリオの場合は、6台の未使用のディスクスペースを使用し scenario 1 scenario 2 更なる経済的なメリットがあります。 て、500GBのRAID 5ディスクを追加で作成可能。 ハイブリッドRAIDの例 100GB ハイブリッドRAIDをストレージソリューションに組み入れることによ SSD り、以下の例で示すような、容量の最大化やブート時間、全体的なパ フォーマンスなど幅広い可能性が広がります。 シナリオ１：大容量サーバ シナリオ2：ワークステーション このシナリオは、ワークステーションのユーザ がブートが高速で、アプリケーションのロー ディングも高速で、ドライブが1台フェイルした 場合でも、ワークステーションを再構築しなく て済む構成にしたい場合です。 このシナリオは、お客様が8ベイのサーバが持つ大容量のスペースを最 大限に利用し、かつブートが高速なサーバにしたい場合です。お客様 は保守的で、OSとデータを別にしたいと考えています（OSはミラー リングし、データは最大容量のためにRAID 5の中に入れる）。 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD DD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD scenario 1 ） 3TB HDD RAID 1 利用可能な容量は 300GB ハイスピード ワークステーション 図4．ワークステーション、ハイブリッドRAIDソリューション 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD scenario 1 scenario 2 シス 1x 1x 500GB 利用可能な容量は 17.4TB（6台 x 2.9TB HDD） 1.全てのリードはSSDから実行されるため、ワークステーションの 100GB サーバのブートは従来のサーバより高速 ージ容量は 15TB（5台 x 3TB HDD） D 3TB HDD 500GB HDD ハイブリッドソリューション(図4)の利点は： RAID 5 RAID 5 250GB HDD 300GB SSD 250GB HDD SSD リードスピードは標準的HDD単体の場合と比較して劇的に改善さ 300GB SSD れる。 HDD RAID 1 2.ライトスピードは標準的なワークステーションと同等。しかし、コ 利用可能な容量は 300GB ントローラカード上のキャッシュを使用した場合はマザーボード上 ハイスピード ワークステーション のオンボードディスクコントローラに接続された標準的HDDより 高速に。 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3.ドライブがフェイルしてもデータを失うことはない。フェイルした RAID 5 ドライブが交換されると、アレイが交換したドライブ上にリビルド 利用可能な容量は 17.4TB（6台 x 2.9TB HDD） サーバのブートは従来のサーバより高速 を実行し、フェイルする前と同じように、システムを元に戻す。 RAID 5 利用可能なストレージ容量は 15TB（5台 x 3TB HDD） 図2．大容量サーバ、従来と同じHDDのみの構成 HDDのみの構成(図2)での問題は、OSブートドライブ用にサーバ内 の2ベイが無駄になってしまうことです。そのため、容量はRAID 5構 成の6ドライブ分となります。更に、ブートは別段高速なRAIDではな い、ミラーリングされた標準的HDDから実行されるため、サーバの ブート時間が早くなることはありません。 scenario 1 100GB SSD scenario 1 このシナリオの500GB HDD上の未使用の200GB部分については、 データに冗長性がなく、HDDのフェイル時にこの部分のデータ消失し てしまうことから、使用することは推奨しません。 シナリオ3：スモールビジネス用サーバ スモールビジネス用サーバの多くは、会計ソフトや業界特有の小さな scenario 3 scenario 4 データベースを使用したり、メールサーバと使用したりするために、 少なくともいくつかのハイパフォーマンスなストレージコンポーネン トを必要とします。このパフォーマンス要求に合わせて容量も必要と 160GB 160GB 160GB 300GBされています。スモールビジネスであっても、書類や写真、ビデオ 500GB SSD SSD SSD SSD HDD データといった形で、簡単に数TBのデータが作製されます。 scenario 2 scenario 3 scenario 4 RAID 1 scenario 2 利用可能な容量は 300GB ハイスピード ワークステーション 100GB SSD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD RAID 5 利用可能な容量は 17.4TB（6台 x 2.9TB HDD） サーバのブートは従来のサーバより高速 300GB SSD 500GB HDD RAID 1 利用可能な容量は 300GB ハイスピード ワークステーション 160GB SSD 600G SSD システム内に 160GB 2 x 600GB SSD 160GB SSD 3TB HDD 3TB HDD s 3TB HDD 3TB HDD RAID 1 RAID 1 システム内にボリュームが2つ 1 x 160GB ミラーリング（ハイスピード） 1 x 2.8TB ミラーリング（高容量） システム内にボリュームが2つ 2 x 160GB ミラーリング（ハイスピード） 1 x 2.8TB ミラーリング（高容量） 図3．大容量サーバ、ハイブリッドRAIDソリューション 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD ハイブリッドソリューション(図3)はいくつかの利点を提供します： RAID 5 利用可能な容量は 17.4TB（6台 x 2.9TB HDD） サーバのブートは従来のサーバより高速 1.サーバ容量は、RAID 5構成の各ドライブで利用可能な容量の6倍。 2.ブート時は、SSDから読み出すためサーバのブートが高速に。 3TB HDD 3TB HDD RAID 1 システム内にボリュームが2つ 1 x 160GB ミラーリング（ハイスピード） 1 x 2.8TB ミラーリング（高容量） 3TB HDD 3TB HDD RAID 1 システム内にボリュームが2つ 2 x 160GB ミラーリング（ハイスピード） 1 x 2.8TB ミラーリング（高容量） 図5．スモールビジネス用サーバ、ハイブリッドRAIDソリューション ハイブリッド R A I D ホワイトペーパ 3 ハイブリッドRAID scenario 2 scenario 3 scenario 4 scenario 5 ハイブリッドソリューション(図5)の利点は： 1.160GBディスクはOS用のブートボリュームを作製しても容量が余 るので、データベース機能用に100GBのボリュームを割り当てる 160GB 160GB 300GB 500GB SSD SSD スペースがまだある。 SSD 160GB SSD HDD 600GB SSD RAID 1 2.160GBハイブリッドミラーリングのリードは直接SSDから実行さ れるため、OSのブート時間やデータベース機能は標準的HDDでの 利用可能な容量は 300GB ミラーリングと比較して劇的に高速。 2TB HDD システム内にボリュームが2つ 2 x 600GB ミラーリング（ハイスピード） ハイスピード ワークステーション データ用ミラーリングセットから160GBは失われますが、3TBのド ライブから見るとそれは非常に小さく、サーバ容量の利用効率の対す る影響は小さいものです。 3TB HDD 3TB HDD 3TB HDD RAID 1 シナリオ4：スモールビジネス用サーバ システム内にボリュームが2つ 600GB SSD 3TB HDD RAID 1 システム内にボリュームが2つ 図7．高速で容量の小さいスモールビジネス用サーバ、 ハイブリッドRAIDソリューション 1 x 160GB ミラーリング（ハイスピード） 2 x 160GB ミラーリング（ハイスピード） 前述のシナリオの構成では、少なくとも4ポートのRAIDカードが必要 1 x 2.8TB ミラーリング（高容量） 1 x 2.8TB ミラーリング（高容量） この構成の場合、合計で3台のSSDと1台のHDDを使用して3つのハ でした。しかし、4つ目のポートは使われていません。サーバで4ポー イブリッドミラーリングにするために、RAIDカードの4つ目のポート ト全て使用するには前述例では使用されていなかったスペース使用の を利用して3台目のSSDを追加することも可能です。 為に2台目の160GB SSDを購入することが重要です。 scenario 3 scenario 4 scenario 5 ハイブリッドソリューションを構成する 160GB SSD 160GB SSD 3TB HDD 3TB HDD RAID 1 システム内にボリュームが2つ 1 x 160GB ミラーリング（ハイスピード） 1 x 2.8TB ミラーリング（高容量） 160GB SSD 3TB HDD 3TB HDD RAID 1 システム内にボリュームが2つ 2 x 160GB ミラーリング（ハイスピード） 1 x 2.8TB ミラーリング（高容量） どの容量のSSDやHDDでも使用できるので、ハードウェアの観点か らは、ハイブリッドRAIDソリューションを構成するのは非常に簡単で 600GB す（但し、同数のSSDとHDDを使用する必要があります）。もし異 SSD なるサイズのドライブでRAIDアレイが構築された場合、ドライブセグ メントサイズは、容量の小さいほうのディスクドライブの容量になり 2TB ます。例えば、1台の128GB SSDと1台の2TB HDDでRAID 1を HDD システム内にボリュームが2つ 構築した場合は、128GBの論理デバイスとなります。2台の128GB 2 x 600GB ミラーリング（ハイスピード） SSDと2台の2TB HDDでRAID 10を構築した場合は、256GBの論 理デバイスとなります。残りのHDD容量はストレージとして使用する ことができます。 600GB SSD 図6．スモールビジネス用サーバ、ハイブリッドRAIDソリューション 2台のSSD同士、2台のHDD同士でミラーリング構成にするのがより 一般的なサーバになるようにも思えますが、上記のようにした方が良 い理由は以下のようなものです： 1.ライトスピードの仕様が低いSSDは、HDDと比較してあまり高速 でないため、2台のSSDのミラーリングではパフォーマンスの増加 はあまり期待できない。 2.SSDのリードスピードは非常に高速なので、SSD単体の場合と比 較してSSD 2台でミラーリングしてもパフォーマンスはあまり改善 しない。 3.リード時のスピードにフォーカスしているため、2つのハイブリッ ドRAIDアレイを持つことにより、各SSD内のデータをミラーリン グで保護しながら、320GBでSSDのリードスピードをサーバへ提 供できる。 4.前の例と比較しても、サーバのHDD容量は犠牲になっていない。 シナリオ5：高速で容量の小さいスモールビジネス用サーバ もし容量よりもパフォーマンスの方が重要で、ユーザが600GBの SSDを2台使用できてHDDとミラーリングができるならば、1.2TBの SSD容量を得ることができます(図7)。 ほとんどのソフトウェアは特徴の異なる2種類のストレージを使用す ることを意識して作られていないため、アプリケーションの観点から は、それほど簡単ではありません。 ハイブリッドRAID構成の優位性を最大限に生かすためには、インテリ ジェントなストレージ処理機能を持ち、SSDの接続を認識するRAID コントローラを使用する必要があります。 アダプテックハイブリッドRAIDソリューション ハイブリッドRAIDテクノロジの長所を利用するには、Adaptec 6シ リーズ、5Zシリーズ、5シリーズ、2シリーズ、Qシリーズのどれか にアップデートされたファームウェアをインストールするだけでいい ので、非常に簡単です。コントローラは、RAID 1やRAID 10アレイ 内に1台以上のSSDと同数のHDDがあるときには、自動的にハイブ リッドRAIDアレイを構築するのでユーザは何もする必要はありませ ん。ハイブリッドRAIDはOSや稼動するアプリケーションに対して完 全にトランスペアレントです。 加えて、アダプテックのコントローラは、HDDとSSDの両方にライト し、リードは100％ SSDから実行する(図8)ことにより、最高のハイ ブリッドアレイパフォーマンスを提供します。対照的に、他のコント ローラでは、ライトもリードもHDDとSSDの両方から実行されます (図9)。HDDのI/OはSSDよりも最大で100倍も低速なため、他社の ハイブリッドRAIDソリューションでは、低速なI/Oパフォーマンスし か提供できません。 • SSD: OCZ-Vertex3 MaxIOPS ライト 300 ライト 50% リード 100％ シーケンシャル リード 512K 100％ シーケンシャル ライト 512K 100％ ランダム リード 512K 100％ ランダム ライト 512K RAIDコントローラ Fig 5 ライト ライト • コントローラ: Adaptec RAID 6805 300 • コントローラファームウェア: 18623 • Windows ドライババージョン: 18646 100% リード ド 0 ISOイメージ プロセッシング 500 RAIDコントローラ 50% リード • コントローラ SSD 400 イト アダプテックハイブリッドRAIDはそれ自体で、より高いパフォー • Windows ド マンスとより低いGBあたりコストを提供し、競合するハイブリッド 1. • HDD: 日立 3T RAIDソリューションと比較しても、より低いI/OあたりコストとI/ Oあたり消費電力を提供します。 • SSD: OCZ-V RAIDコントローラ 図9．他社のハイブリッドRAIDソリューション 300 結論 アダプテックのハイブリッドRAIDアレイは、標準的HDDのみのアレ イと比較して、ライトI/Oパフォーマンスを低下させることなく、1秒 あたりのリードオペレーションにおいて、より高いパフォーマンスを ライト 200 Fig 4 発揮します(図10)。 データセンタは、より多くのユーザとトラフィックに対 応しなくてはならないという、尽きることのないプレッ シャーに直面しています。より厳しくなる予算の中、単純 により多くのサーバを追加し続けるという日々は終わりを 告げようとしています。 ライト 600 100 • コントローラ: Adaptec RAID 6805 約25K IOPS / 最大300MB/秒 500 100% リード • コントローラファームウェア: 18623 • Windows ドライババージョン: 18646 0 • HDD: 日立 3TB SATA HUA723020ALA640 400 • SSD: OCZ-Vertex3 MaxIOPS 300 HDD 200 SSD 100％ シーケンシャル リード 512K 100％ シーケンシャル ライト 512K 100％ ランダム リード 512K 100％ ランダム ライト 512K 図10．IOMeterによるパフォーマンス測定 Fig 4同数のHDDがあるときには、シームレスなハイブリッド RAIDアレイを自動的に構築します。時間の50％はHDD からリードする他社のRAIDコントローラとは異なり、ア ダプテックのカードはSSDからのみリードすることで最大 のシステムパフォーマンスを提供します。 600 • コントローラ 500 Fig 5 300 400 • コントローラ: Adaptec RAID 6805 300 ピーエムシー・シエラ・ジャパン株式会社 • コントローラファームウェア: 18623 チャネルストレージ事業部 〒164-0003 東京都中野区東中野5-5-5 250 徳舛ビル4階 200お問い合わせ先: www.adaptec.co.jp/contact SSDとHDDのハイブリッドRAIDアレイは、SSDのみの アレイよりも低いコストで、標準的HDDのRAIDアレイよ りも著しく高いパフォーマンスを提供します。 6シ 100％最新のファームウェアにアップデートされたAdaptec 100％ 100％ 100％ リーズ、5Zシリーズ、5シリーズ、2シリーズ、Qシリー シーケンシャル シーケンシャル ランダム ランダム リード ズは、RAID 512K ライト 512K リード 512K ライト 512K 1やRAID 10アレイ内に1台以上のSSDと ハイブリッド 100 0 ゲーム • コントローラ 図11．AS SSDによる アプリケーションパフォーマンス測定 約400 IOPS / 最大150MB/秒 イト アプリ ケーション SATAまたは SASドライブ ライト 1. ハイブリッド 50 600 ライト SSD Fig 4 SSDのリードパフォーマンスは HDDへ送られる全要求の50%に 制限される 50MB/秒 HDD 100 50% リード イト • AS SSD Benchmark v1.6.4237.30508 150 約400 IOPS / 最大150MB/秒 イト • SSD: OCZ-Vertex3 MaxIOPS 200 図8．アダプテックハイブリッドRAIDソリューション ド • HDD: 日立 3TB SATA HUA723020ALA640 250 約25K IOPS / 最大300MB/秒 ンスは の50%に ード 4 0 アプリケーションによっては、ハイブリッドRAID 1のパフォーマ ンスはSSD単体よりも高速で、アダプテックハイブリッドRAIDに よるパフォーマンスのメリットが見られます(図11)。 50MB/秒 00MB/秒 ハイブリッド 1. 100 約400 IOPS / 最大150MB/秒 ハイブリッドRAID HDD ハイブリッド R A I D ホワイトペーパ SSD 200 250 300 • Windows ドライババージョン: 18646 • HDD: 日立 3TB SATA HUA723020ALA640 • SSD: OCZ-Vertex3 MaxIOPS • AS SSD Benchmark v1.6.4237.30508 アダプテックのハイブリッドアレイは、HDDのみのアレ イと比較してライトI/Oパフォーマンスを低下させること• コントローラ なく、1秒あたりのリードオペレーションにおいて、より• Windows ド • コントローラ 高いパフォーマンスを発揮します。また、OSや稼動する • •HDD: 日立 3T アプリケーションに対しては完全にトランスペアレントで コントローラ OCZ-V す。SSDのみのアレイと比較して、アダプテックのハイブ• •SSD: Windows ド リッドアレイは最も低いGBあたりコスト、最も低いI/Oあ • HDD: 日立 3 たりコストとI/Oあたり消費電力を提供します。 • SSD: OCZ • AS SSD B 200 200 All rights reserved. PMC、PMC-SIERRA、Adaptec は、PMC-Sierra, Inc. の登録商標です。「Adaptec by PMC」は PMC-Sierra, Inc の商標です。 Copyright PMC-Sierra, Inc. 2012. その他、使われているすべての製品や会社名は、各権利所有者による商標の可能性があります。情報は印刷された時点において、正確であると確信していますが、本書中の誤記や情報の抜けに起因 する結果に関して何ら責任を負うものではありません。また、記載された製品の仕様や情報等は予告無しに変更される可能性があります。 HDD 150 100 Part Number: WP_HYBRIDRAID_022012_JA 150 SSD 100 ハイブリッド