VNX FAST Cache-A Detailed Review

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ホワイトペーパー

要約

このホワイトペーパーでは、VNX®ストレージシステムにおけるEMC® FAST Cacheテクノロジーの概要について説明します。FAST Cache機能の実装、およびUnisphere®とSecure CLIを使用した操作方法について詳しく説明します。また、使用のガイドラインやお客様の主なメリットについても説明します。

2013年12月

VNX ^® FAST Cache

VNX5100 、 VNX5300 、 VNX5500 、 VNX5700 、 VNX7500

詳細レビュー

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パーツ番号：h8046.9-J

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エグゼクティブサマリー

フラッシュテクノロジーをエンタープライズアレイのディスクモジュール（一般にSSDと呼ぶ）

に初めて導入して以来、EMC®はこのテクノロジーの使用をすべてのストレージシステムに拡大してきました。フラッシュテクノロジーが持つ高パフォーマンスとギガバイト単位のコストの急速な下落が、このキャッシュ階層の概念につながりました。キャッシュ階層とは、ストレージプロセッサのDRAMベースのプライマリキャッシュとHDD（ハードディスクドライブ）

の間に位置する、エンタープライズフラッシュドライブを使用した大容量のセカンダリキャッシュです。EMC VNX®ストレージシステムでは、この機能はEMC FAST Cacheと呼ばれます。

FAST Cacheは、システム全体のパフォーマンスを向上させるために、ストレージシステム

の既存のキャッシュ容量を拡張します。これを実現するために、HDDより高速なフラッシュドライブにアクセス頻度の高いデータをコピーしてDRAMキャッシュの機能を拡張し、システムパフォーマンスを向上させます。また、フラッシュドライブは、DRAMキャッシュよりもはるかに大容量で拡張性の高いキャッシュを提供します。FAST Cacheの容量は100 GBから 2 TBまでサポートされ、既存のストレージシステムで使用できるDRAMキャッシュよりもはるかに大容量です。

システムレベルでは、FAST Cacheがフラッシュドライブ容量を最も効率的に使用できます。

これは、FAST Cacheが、フラッシュドライブを特定の用途用に割り当てるのではなく、ストレージシステム内で最も頻繁にアクセスするデータ用に使用するためです。FAST Cacheの構成は、既存のメモリ割り当てインターフェイスを使用し、ホスト（サーバー）サイクルを使用しない無停止のオンラインプロセスです。FAST Cacheは、RAIDで保護された読み取り/書き込みモードで作成されます。容量のオプションは、ストレージシステムのモデルや、インストールされているフラッシュドライブの数と種類によって異なります。FAST Cacheを作成し、ストレージボリューム上で有効化し、Unisphere®で管理できます。ユーザーが介入することなく、アプリケーションでFAST Cacheによるパフォーマンスメリットを確認できます。

また、VNX Block OEリリース31以降が稼働する既存のVNXシリーズストレージシステム ¹で使用できます。FAST Cacheは、RAIDグループベースのLUNおよびプールベースの LUNで使用できます。

はじめに

このホワイトペーパーでは、FAST Cache機能の概要について説明します。FAST Cacheは、

フラッシュドライブシステム全体のパフォーマンスメリットの理解に役立ちます。次に、その仕組みの概要について説明します。ユーザーアプリケーションで特定のデータチャンクに頻繁にアクセスする場合、VNXは、ハードディスクドライブからフラッシュドライブにデータチャンクをコピーして、そのチャンクをFAST Cacheに自動的にプロモートします。同じデータチャンクへの後続のI/Oアクセスは、フラッシュドライブのレスポンス時に処理されるため、

ストレージシステムのパフォーマンスが向上します。このデータチャンクのアクセス頻度が

1 VNX5100ストレージシステムでは、FAST Cache機能またはThin Provisioning™機能のいずれかを使用できますが、両方

は使用できません。他のすべてのモデルでは、一度に両方の機能を使用できます。

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減少し、その他のチャンクをFAST Cacheにプロモートする必要が生じた場合は、古いデータからFAST Cache外に移動させます。FAST Cacheのアルゴリズムと基本的なFAST Cache の動作の詳細については、このホワイトペーパーの「オペレーション原理」のセクションで説明します。

対象読者

このホワイトペーパーは、VNXストレージシステムでFAST Cache機能の使用を検討されているEMCのお客様、パートナー様、EMCの従業員を対象としています。読者が

CLARiX®、VNXストレージシステム、およびEMCの管理ソフトウェアについて熟知している

ことを前提としています。

用語

• キャッシュページ：FAST Cache内に割り当てられた最小ユニットで、通常のサイズは数キロバイトです。

• キャッシュクリーンページ：有効なFAST Cacheのページ。ユーザーLUNと同期されたデータのコピーが含まれます。

• キャッシュダーティーページ：有効なFAST Cacheのページ。ユーザーLUNとはまだ同期されていない、最近のデータのコピーが含まれます。

• キャッシュ有効ページ：割り当てられたユーザーLUN 上にあるデータの表示を含む、

FAST Cacheのページ。有効ページは、クリーン状態またはダーティー状態のいずれ

かになります。

• キャッシュ無効ページ：使用可能なデータが含まれていないFAST Cacheのページ。

ユーザーLUN上にあるデータは表示されません。

• キャッシュ警告：新しいページが作成されたあとにそのページをFAST Cacheにコピーするプロセス、または、まったく新しいデータセットの参照を開始するアプリケーションのアクセスプロファイルの変更。

• チャンク：特定のアドレス範囲内のデータ部分（64 KB）。

• DRAMキャッシュ：非常に高速のストレージメディア（DRAM）にデータを透過的に格納し、そのデータに対するリクエストをより高速に処理できるようにすることで、パフォーマンスを向上させるストレージシステムのコンポーネント。

• エクステント：隣接する物理ブロックのセット。

• FAST Cacheプロモーション：FAST Cacheが有効なバックエンドのユーザーLUNから FAST Cacheページに、データをコピーするプロセス。

• FAST Cacheライトバック：FAST CacheページからバックエンドのハードディスクベースのLUNにデータをコピーするプロセス。

• フラッシュドライブ：ソリッドステートメディアを使用してデータを格納する、データストレージデバイス。フラッシュドライブには可動部が含まれないため、回転式の

HDD（ハードディスクドライブ）に比べて極めて速いレスポンスタイムと高いIOPSを

実現できます。

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• HDD（ハードディスクドライブ）：磁気面にデータを格納し、さまざまな速度で回転するデータストレージデバイス。

• ホットスポット：LUN上で負荷の高い部分。

• 参照のローカル性：互いの距離が近い論理ブロックがほぼ同時に繰り返しアクセスされるという概念。

• 論理ブロックアドレス：ストレージデバイス上のデータのブロックの位置を示す、

アドレス指定スキーマ。

• メモリマップ：各ビットがFAST Cacheページを表すアドレスの配列。このマップは、

どのページがFAST Cacheにあり、FAST Cache内のどこにあるかを示します。メモリマップのコピーはDRAMキャッシュ内にあります。そのため、ページへのアクセスはメモリの速度で行われます。

• プール：プールLUNによって使用されるディスクドライブのグループ。システム上に 0個または1個以上のプールを構成できます。ディスクは、1つのプールのメンバーとしてのみ構成できます。プールディスクをRAIDグループで使用することはできません。

• シンLUN：ストレージシステムによって消費される物理的スペースが、ホストサーバ

ーによって認識されるユーザー容量を下回ることのあるプールで作成された、

ストレージの論理ユニット。

• シックLUN：ストレージシステム上で消費される物理的スペースが、ホストサーバー

によって認識されるユーザー容量と等しいプールで作成された、ストレージの論理ユニット。

グローバルな FAST Cache と TCO

FAST Cache機能を導入すると、フラッシュドライブを特定の用途用に割り当てることなく、レ

スポンスタイムがより高速でIOPSの高いフラッシュドライブを活用できます。このテクノロジーは、使用可能なストレージシステムのキャッシュを増やします（VNX7500ストレージシステムで最大2 TBの読み取り/書き込み用FAST Cacheを追加。「付録A：FAST Cacheの構成オプション」を参照）。FAST Cacheは、RAIDグループLUNまたはストレージプール LUN上のアレイ内のホットスポットを処理します。フラッシュ

FAST Cache機能を使用する大きなメリットの1つは、アプリケーションパフォーマンスの向

上です。特に、I/Oアクティビティが頻繁で、かつ予期せず大幅に増加するワークロードでは、このメリットが顕著に現れます。アプリケーションのワーキングデータセットの頻繁にアクセスされる部分を FAST Cacheにコピーすることで、アプリケーションのパフォーマンスが直ちに向上します。FAST Cacheを使用すると、フラッシュドライブの速度で過度な読み取り /書き込み負荷のバーストが吸収され、アプリケーションで一貫したパフォーマンスを提供できるようになります。

もう1つの重要なメリットは、システムのTCO（総所有コスト）の削減です。FAST Cacheは、

データのホット（アクティブ）サブセットをフラッシュドライブにチャンク単位でコピーし

ます。キャッシュの（ほとんどではないにしても）多くのIOPSをオフロードすることで、ユーザーは低コストで大容量のディスクドライブを使用してその他のストレージのニーズを満たす

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ことができます。この割合で小容量のフラッシュが大量のディスクとペアを構成することにより、最小限のコスト（GBあたりのコスト）と最適な電力効率性（IOPS/KWH）で最高のパフォーマンス（IOPSあたりのコスト）が得られます。

FAST Cache Enablerをインストールすると、FAST CacheはすべてのRAIDグループLUN およびストレージプール上でデフォルトで有効になります。FAST Cache Enablerをインストールする前に作成されたRAIDグループLUNとストレージプールでは、FAST Cacheが無効になります。これらのアイテムでFAST Cacheを使用するには、UnisphereまたはCLIを使

用してFAST Cacheを手動で有効にする必要があります。

FlashEMCでは、この機能を使用した場合のパフォーマンスメリットの特性を明らかにする

ために、特定のアプリケーション向けにFAST Cacheのテストを実施しました。以下に、各種アプリケーションでのFAST Cacheのメリットをまとめます。

• VMware View™：リンククローンデスクトップでは、FAST CacheがハードディスクドライブへのI/Oアクセスを削減し、フラッシュドライブにI/Oを指示することにより、

全体のパフォーマンスが向上します。具体的な用途としては、ブートストーム（ハードディスクのI/Oアクセスを最大99%削減）、オペレーションの再構成（ハードディスクのI/Oアクセスを最大70%削減）、ウイルススキャン処理（デスクトップの完全スキャンの所要時間を77%短縮）などがあります。HDDからのI/Oアクセスが削減されるため、同じユーザー数を44%少ないHDDでサポートできるようになります。

• Oracle：Oracle 11g R2環境のOLTPワークロードについては、FAST Cacheの使用により、トランザクション数が1分あたり12,500件から30,000件にパフォーマンスが向上します。同時に、レーテンシーも 14ミリ秒から5ミリ秒に削減されま

した。

• SQL Server：SQL Server OLTP環境にFAST Cacheを導入することにより、バックエンドのファイバーチャネルドライブ数を変更せずに、サポートユーザー数が25,000 人から50,000人と2倍に増加しました。同時に、FAST Cacheを使用すると、レスポンスタイムが40秒から5秒に短縮され、1秒あたりのトランザクション数は1,300 件から2,400件に増加しました。

上記のパフォーマンス数値の詳細、実習の構成、および特定アプリケーションでの

FAST Cacheの使用に推奨されるベストプラクティスについては、EMCオンラインサ

ポートで入手可能な各ホワイトペーパーを参照してください。ドキュメントのタイトルについては、このホワイトペーパーの「参考資料」のセクションを参照してください。

FAST Cache のコンポーネント

FAST Cacheの機能を利用するには、FAST Cache Enablerが必要です。FAST Cache を作成するには、RAID 1 RAIDグループで構成されたフラッシュドライブが少なくとも 2台システムに必要です。イネーブラーをインストールすると、システムでは次の主要コンポーネントを使用してFAST Cacheを処理および実行します。

ポリシーエンジン：FAST Cache経由のI/Oの流れを管理します。LUN上で頻繁にアクセスされるデータチャンクは、FAST Cache（フラッシュドライブ）に一時的にコピーされます。他のデータがより頻繁に使用されると、そのデータチャンクは元のHDDにコピーされます。

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ポリシーエンジンでは、これらの処理を実行するタイミングを判断します。また、ポリシーエンジンでは、データアクセスパターンの統計情報も管理します。このポリシーエンジンで定義されるポリシーは、システム定義のポリシーであり、ユーザーが変更することはできません。

メモリマップ：粒度が64 KBのチャンクのエクステントの使用および所有を追跡します。

このマップは、64 KBチャンクのストレージの状態と、FAST Cacheのコンテンツに関する情報を管理しています。メモリマップのコピーは、DRAMメモリに保存されているため、ストレージシステム内にFAST Cache Enablerがインストールされている場合、既存のSPの読み取りおよびライトキャッシュを一時的に無効にして、FAST Cacheのメモリマップに領域を割り当てる必要があります。メモリマップが作成されたあと、サイズ変更されたSPの読み取りおよびライトキャッシュは、ストレージシステムで自動的に再有効化されます。メモリマップのサイズは、作成されるFAST Cacheのサイズに比例して増加します。メモリマップのコピーは、データの整合性と高可用性を維持するために、フラッシュディスクにもミラーされます。

オペレーション原理

FAST Cacheプロモーション

HDD上でビジーになったデータは、FAST Cacheにプロモートされます。これは、非同期プロセスです。FAST Cacheへのデータプロモーションは、ストレージの64 KBチャンク内の（読み取り/書き込み）アクセス回数に左右されますが、DRAMキャッシュにデータがすでにあるかどうかは関係ありません。その階層のフラッシュドライブまたは「極限パフォーマンス」ド

ライブでFAST VPが有効になっている場合は、データがすでにフラッシュドライブに存在す

るため、その階層からのI/OはFAST Cacheにプロモートされません。FAST VPとFAST Cacheの連携方法について詳しくは、「付録B：FAST VPとFAST Cache」を参照してください。

たとえば、ストレージシステムでFAST Cacheが作成された直後に、アプリケーションから I/Oリクエストを受信したとします。この場合、FAST Cacheにはまだ何もプロモートされていないので、FAST Cacheのメモリは空です。

• 最初にI/Oがアプリケーションから送信されると、FAST Cacheのポリシーエンジンは、このI/Oのデータチャンクに対するFAST Cacheのメモリマップのエントリーを検出します。この段階ではメモリマップが空なので、HDDのLUNからデータにアクセスします。これを「FAST Cacheミス」と言います。EMCでは、FAST Cacheが有効な LUNにアクセスするたびにメモリマップをチェックする場合、最小限のパフォーマンスのオーバーヘッドが発生することがわかっています。

• ストレージの64 KBチャンクのデータにアプリケーションが頻繁にアクセスする場合、

ポリシーエンジンは、そのチャンクをハードディスクLUNからFAST Cacheにコピーします。メモリマップは更新され、データチャンクがFAST Cacheにあることが示されます。この動作を「プロモーション」と呼び、この時間をFAST Cacheの「ウォームアップ時間」と呼びます。ストレージシステムでは、プロモーションのオーバーヘッドがストレージシステムの性能の指定された割合を超過しないように、このアクティビティを制御しています。

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o FAST Cacheによるパフォーマンスの向上が現れるまでに、多少のウォームアップ時間が必要です。ウォームアップ時間は、FAST Cache機能のプロモーション処理の大部分を占めます。ウォームアップ時間は、FAST Cacheが作成されたばかりで、データが空のときに発生します。また、アプリケーションのワーキングデータセットが大幅に変更されたときや、現在のFAST Cache データが参照されなくなったときにも発生します。この段階では、FAST Cache ヒット率は低いため、レスポンスタイムはHDD LUNと同程度になります。

FAST Cacheヒット率が増加すると、レスポンスタイムも徐々にフラッシュドラ

イブと同等レベルに変化していきます。

o ウォームアップ時間は、特にバックエンドのHDDの数およびタイプに左右されます。たとえば、80台のSASドライブの構成はワーキングデータセットが大きいので、20台のSASドライブの構成よりもウォームアップ時間が短くなります。同様に、バックエンドのSAS HDDでFAST Cacheを使用する場合、

バックエンドの NL-SAS HDDを使用する場合に比べてウォームアップ時間は短くなります。これは、NL-SASドライブのレスポンスタイムが通常、SASドライブよりも高速なためです。したがって、アプリケーションのレイアウトを設計する際には、FAST Cacheで安定したパフォーマンスを達成できるまでにウォームアップ時間がかかることを覚えておくことが重要です。

• アプリケーションがこのデータに再びアクセスすると、ポリシーエンジンではこのデータがFAST Cacheにあることがわかります。これを「FAST Cacheヒット」と呼びます。

データがフラッシュドライブから直接アクセスされるため、アプリケーションのレスポンスタイムは非常に短く、IOPSは高くなります。一定時間の間にワーキングセットのかなりの部分が FAST Cacheにプロモートされる場合、バックエンドで性能の低い HDDを使用している場合でも、アプリケーションの平均パフォーマンスを向上させることができます。

読み取り

ホストアプリケーションからの着信I/OがFAST Cacheのメモリマップと照合され、I/Oがす

でにFAST Cacheに存在するチャンクに対するものかどうかが判定されます。

そのデータチャンクがFAST Cacheにない場合、I/Oリクエストは、ストレージシステムに

FAST Cacheが設定されていない場合と同じパスに送出されます。

一方、データチャンクがFAST Cacheにある場合は、ポリシーエンジンによってI/Oリクエストが FAST Cacheにリダイレクトされます。ホストI/Oリクエストで読み取り処理が要求され、ターゲットのデータがDRAMキャッシュにある場合、データはDRAMキャッシュから読み出されます。データがDRAMキャッシュにない場合は、FAST Cacheからデータが読み出され、DRAMキャッシュにもコピーされます（HDDからデータを読み出すときと同様）。

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図1：FAST Cacheの読み取り処理書き込み

ホストI/Oリクエストが、FAST Cacheにあるデータチャンクの書き込み処理であり、LUN のライトキャッシュが無効でない場合、DRAMキャッシュが新たな「書き込み」で更新され、

ACKがホストに返信されます。ホストデータは、直接FAST Cacheには書き込まれません。

データをDRAMキャッシュの外に移動する必要がある場合は、FAST Cacheに書き込まれます。データはHDDではなくフラッシュドライブに書き込まれるため、DRAMライトキャッシュのダーティーページ数を制限または減少できる場合があります。

注：FAST Cacheがストレージシステム内にインストールされ、有効になっている場合でも、

I/O動作は可能な限りDRAMキャッシュから直接処理されます。

図2：FAST Cacheの書き込み処理

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図3：LUNのライトキャッシュが無効になっている場合の書き込み処理

FAST Cacheからのフラッシュアウト

特定の条件下では、データがFAST CacheからバックエンドのHDDにコピーされます。この動作をライトバック処理と呼びます。ライトバック処理は、FAST Cacheプロモーションがスケジュールされているが、FAST Cacheが使用できる空きページやクリーンページが存在しない場合に発生します。その場合、ダーティーページがFAST Cacheからコピーされ、新しいデータの領域を確保するためにHDD LUNに書き込まれます。LRU（Least Recently Used）

アルゴリズムは、フラッシュするデータブロックを判断して、新しいプロモーション用のスペースを確保します。

小さいブロックのシーケンシャルで高頻度なアクセスフィルター

VNX OEリリース32では、領域上のローカル性の高いワークロードによる小さいブロックの

シーケンシャルで短期間のアクティビティのバーストへの対処が改善されています。以前は、

再ヒットの可能性が低いこれらのワークロードが、ページがFAST Cacheにプロモートされるトリガーとなり、メリットがほとんど得られませんでした。この機能拡張により、FAST Cache を使用するシステムにとって最もメリットが大きい時間のかかるデータアクセスパターンを、

FAST Cacheがよりインテリジェントに識別し、ほとんどメリットがないアクセスパターンを避

けるようになります。

障害処理

FAST Cacheとして構成されたフラッシュドライブでは、VNXのグローバルホットスペアアルゴリズムが使用されます。グローバルホットスペアは、グループ内のいずれかのドライブが故障した場合に、冗長構成のRAIDグループを自動的にオンラインで再構成します。

EMCは、プロアクティブホットスペアを採用して、この機能性をさらに拡張しました。プロアクティブホットスペアでは、ドライブで障害が発生しそうになると、これを認識して、障害が起こる前にドライブのコンテンツを先制的にコピーします。これらの機能を組み合わせることで、各 RAIDグループでドライブのさらなる障害への脆弱性を最小限に抑え、データの喪失を防止します。パフォーマンス上の理由から、グローバルホットスペアとして構成された

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フラッシュドライブだけが、FAST Cacheで故障したフラッシュドライブをリプレースできます。

また、ホットスペアは、FAST Cacheに使用されるフラッシュドライブとストレージシステムの別の場所で使用されるフラッシュドライブの間で共有できます。

ホットスペアが使用できない場合、単一ペアのFAST Cacheドライブが縮退モードのままになり、キャッシュページクリーニングのアルゴリズムにより、FAST CacheページがFAST

CacheフラッシュドライブからHDDにコピーされる比率が高まります。この場合、FAST

Cache RAIDグループからの読み取り処理のみが許可されます。そのため、非冗長RAID

グループでドライブが故障した場合に、ドライブのデータ喪失の潜在的リスクが低減します。

この状態では、縮退RAIDグループが対応していた書き込み処理が、HDDによって処理されます。FAST Cacheに他のRAIDグループが存在する場合、それらが読み取り/書き込み機能を継続します。縮退RAIDグループが修復されると、FAST Cacheはそれに対してデータの再ウォームをシームレスに開始します。

管理

FAST Cacheの作成、管理、および監視には、UnisphereまたはSecure CLIを使用することができます。Unisphereの詳細については、EMCオンラインサポートで入手できるホワイトペーパー「EMC Unisphere：Unified Storage Management Solution」に記載されています。

これ以降のセクションでは、UnisphereとSecure CLIのFAST Cacheに関係する部分について説明します。FAST Cacheの構成オプションの詳細については、「」を参照してください付録A：FAST Cacheの構成オプション。

Unisphere

Unisphereの［System］タブの右側には、［System Properties］および［Manage Cache］という2つのリンクがあります。この2つのリンクのどちらをクリックしても、［System Properties］

ウィンドウが開きます（図4）。

FAST Cacheを有効にするには、［System Properties］ウィンドウの［FAST Cache］タブをクリックしてFAST Cache情報を表示します。ストレージシステムでFAST Cacheがまだ作成されていない場合、ダイアログボックスの最下部にある［Create］ボタンが有効になります。

［Destroy］ボタンは、作成済みのFAST Cacheがある場合に有効になります。

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図4：［Storage System Properties］ダイアログボックス

FAST Cacheが作成済みの場合、FAST Cacheの構成の詳細を反映して、［State］、［Size］、

および［RAID Type］フィールドが更新されます。FAST Cacheが作成済みの場合、［RAID Type］フィールドにはRAID 1が表示されます。［Create］をクリックすると、［Create FAST Cache］ダイアログボックスが表示されます（図5）。

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図5：［Create FAST Cache］ダイアログボックス

FAST Cacheを有効化するための十分な数のフラッシュドライブが使用できない場合は、

Unisphereによってエラーメッセージが表示され、FAST Cacheを作成できません。スクリーンの下の部分に、FAST Cacheを作成するために使用するフラッシュドライブが表示されます。

［Manual］オプションを選択すると、ドライブを手動で選択できます。FAST Cacheを構成したあとにそのサイズを変更するには、FAST Cacheを破棄して再作成する必要があります。

この場合、FAST Cacheのすべてのデータをデステージする必要があります。FAST Cache を再作成する場合は、データを再取り込みする必要があります（ウォームアップ時間）。

図6 次に、［Create LUN］ダイアログボックスの［Advanced］タブで、LUNに対して FAST Cacheを有効にする方法を示します。

RAIDグループ内にLUNが作成済みの場合は、［LUN Properties］ダイアログボックスの

［FAST Cache］タブをクリックして、FAST Cacheを構成します（「図7」を参照）。

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図6：［Create LUN］ダイアログボックスの［Advanced］タブ

図7：［LUN Properties］ダイアログボックスの［Cache］タブ

ストレージプールでFAST Cacheを使用する場合は、プールごとにFAST Cacheを有効にできます。ストレージプールに作成されたすべてのLUNでは、FAST Cacheがすべて有効または無効になります。プール上のFAST Cacheは、図8に示す［Create Storage Pool］ダイアログボックスの［Advanced］タブで構成できます。

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図8：［Create Storage Pool］ダイアログボックスの［Advanced］タブ

ストレージプールがすでに作成されている場合は、［Storage Pool Properties］ダイアログボックスの

［Advanced］タブを使用して、FAST Cacheを有効にします（図9を参照）。

図9：［Storage Pool Properties］ダイアログボックスの［Advanced］タブ

Unisphereの任意のテーブル（［LUN］テーブルなど）にFAST Cacheのプロパティを表示するには、テーブルヘッダーを右クリックし、［Choose Columns］を選択します。または、テーブルの右上隅にある［Tools］アイコンをクリックして、［Choose Columns］を選択します。

この操作で表示されるダイアログボックス（図10）で、［FAST Cache］を選択できます。 FAST

Cacheのプロパティは、テーブルのエントリーごとに表示されます。

図10：UnisphereでFAST Cache情報の表示を選択する

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Secure CLI

前のセクションで説明した管理機能は、Unisphere CLIを使用して実行することもできます。

FAST Cache用のCLIコマンドには、次のものがあります。

タスク CLIコマンド

FAST Cacheの作成 cache ‒fast ‒create

FAST Cacheの破棄 cache ‒fast ‒destroy

FAST Cache情報の取得 cache ‒fast ‒info

RAIDグループLUN作成時のFAST Cacheの構成 bind … -fastcache 0|1

RAIDグループLUNでのFAST Cacheの有効化または

無効化 chglun ‒l <LUN #> -fastcache 0|1

RAIDグループLUNからのFAST Cache構成情報の取

得 getlun <LUN #> -fastcache

ストレージプール作成時のFAST Cacheの構成 storagepool ‒create … -fastcache on|off 既存のストレージプールでのFAST Cacheの構成 storagepool ‒modify ‒id <#> -fastcache on|off ストレージプールでのFAST Cacheの状態の取得 storagepool ‒list ‒id <#> -fastcache

「…」は、追加のCLIオプションが必要であることを示しています Unisphere Analyzer

Unisphere Analyzerでは、FAST Cacheの統計を収集してパフォーマンスを監視します。これらの統計を表示するには、次の手順に従ってAnalyzerの詳細モードを有効にします。

1. Unisphereで、［Systems］タブをクリックします。

2. ［Monitoring and Alerts］をクリックします。

3. ［Statistics for Block］をクリックします。

4. ［Customize Charts］をクリックします。

5. ［General］タブをクリックします。

6. ［Advanced］チェックボックスをオンにします。

7. ［OK］をクリックして、設定を適用します。

ストレージプロセッサレベルでは、以下のFAST Cache統計が表示されます。

• FAST Cacheのダーティーページ（%）

• FAST Cacheフラッシュ容量（MB/秒）

RAIDグループLUNおよびストレージプールについては、以下のFAST Cache統計が表示されます。

• FAST Cache読み取りヒット回数/秒

• FAST Cache読み取りミス回数/秒

• FAST Cache読み取りヒット率

• FAST Cache書き込みヒット回数/秒

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• FAST Cache書き込みミス回数/秒

• FAST Cache書き込みヒット率

EMCオンラインサポートには、これらの統計を表示する場合に役立つビデオが用意されています。EMCオンラインサポートにログインして、FAST Cacheのビデオの「Analyzerシリーズ」を検索してください。

ベストプラクティス

• FAST Cacheに適したアプリケーションワークロードは次のとおりです。

o ローカル性の高い小ブロックランダムI/Oアプリケーション o データの再ヒット：同じデータへの高頻度アクセス

o 現在のパフォーマンスがSPの機能ではなくHDDの機能によって制限されるシステム

• FAST VPまたはFAST Cacheで使用するフラッシュドライブやオプションの数に制限がある場合は、フラッシュドライブを使用してFAST Cacheを作成することをお勧めします。次に、FAST VPが有効化されたストレージプールで、残りのフラッシュドライブを使用します。FAST Cacheにはグローバルな性質があり、ストレージシステム内のすべてのLUNとプールでメリットが得られます。FAST VPのメリットを受けられるのは、フラッシュドライブがあるストレージプールだけです。FAST CacheとFAST VP の詳細については、「付録A：FAST Cacheの構成オプション」を参照してください。

• VNX5100ストレージシステムでは、FAST Cache機能またはシンプロビジョニング機能のいずれかを使用できますが、両方は使用できません。Thin Provisioning™機能がストレージシステムにインストールされている場合、FAST Cacheは使用できません。FAST Cacheを使用している場合、シンプロビジョニングは使用できません。

他のすべてのVNXモデルでは、一度に両方の機能を使用できます。

• Unisphereを使用して、FAST Cacheの作成に使用するフラッシュドライブを選択できます。また、これらのドライブを手動で選択して、バックエンドバス間にフラッシュドライブを分散させることができます。DPEまたはDAE-OSエンクロージャ（0_0）に、

別のエンクロージャのドライブとミラーされるドライブを配置しないようにしてください。

たとえば、0_0のディスクを1_0のディスクとミラーリングしないでください。

• FAST Cacheでは、現在のボトルネックがドライブ関連である場合に全体的なシステ

ムパフォーマンスを改善できますが、IOPSを上げるとSP上のCPUの利用率が増加します。システムをサイズ変更して、維持される最大使用率が70%になるようにします。既存のシステムでは、SP CPUの使用率を確認してください。使用率が

80%を超えた場合は、EMCのストレージのスペシャリストに問い合わせてシステム

の稼働状態を確認し、次の手順を決定してからFAST Cacheを有効にしてください。

• FAST Cacheは、主なワークロードがランダムな小さいブロックの場合、最もメリット

が得られます。FAST Cacheを最大限に活用するには、主なワークロードがシーケンシャルI/Oまたは大きなブロックのI/Oの場合、FAST Cacheを有効にしないようにします。

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• ランダムな小さいブロックのワークロードで FAST Cache を最大限に活用できるので、

データベースログ、循環ログ、VNX File SavVol LUNなど、小さいブロックのシーケンシャルなワークロードではFAST Cacheを有効にしないようにします。

注：ストレージプールの場合、FAST Cacheはプール全体の機能になるため、プールレベルで（プール内のすべてのLUNを対象にして）有効化/無効化します。

詳細なベストプラクティスについては、EMCオンラインサポートにあるホワイトペーパー

「VNX Unified Best Practices for Performance」を参照してください。特定のアプリケーション

でFAST Cacheを使用する際のガイドラインについては、各アプリケーションに関するホワイ

トペーパーを参照してください。

制限事項

• MirrorView™やSnapView™などの一部のオプションのアプリケーションには、プラ

イベートLUNが必要です。これらのLUNはストレージシステムのライトキャッシュの優先度に合わせてすでに最適化されているので、FAST Cacheを使用する必要はありません。したがって、FAST Cacheへの不要なプロモーションを回避するために、

MirrorViewのライトインテントログとSnapViewのクローンプライベートLUNでは FAST Cacheを無効化することをお勧めします。

• SnapViewスナップショット、およびMirrorView/AやSAN Copy™（差分セッション）などの関連するレプリケーションソフトウェアでは、予約済みLUNが必要です。FAST

Cacheは、予約済みLUNのパフォーマンス向上には寄与しませんが、ライトインテ

ントログおよびクローンプライベートLUNとともに使用されるため、パフォーマンスを損いません。予約済みLUNでFAST Cacheを無効にすると、FAST Cache全体のワークロードを最小化できます。FAST Cacheは、予約済みLUNがRAIDグループ内に作成されている場合、LUNレベルで無効にできます。予約済みLUNがプール内に作成され、プール内のその他のLUNでFAST Cache機能が必要な場合、予約済みLUNでFAST Cacheが有効なままにできます。

• FAST Cacheは、それ以前は読み取りまたはライトキャッシュに使用できた、ストレー

ジシステムのメモリの一部を使用します。メモリ使用量は、ストレージシステムのモ

デルとFAST Cacheのサイズによって異なります。この動作は、追加のメモリアップ

グレードを備えたVNX7500では発生しません。

• ヴォールトドライブ内に取り付けられたフラッシュドライブは、FAST Cacheの作成には使用できません。VNX OEではこの使用方法が制限されます。

結論

FAST Cacheを使用すると、参照のローカル性が高いデータに対して、ストレージシステム

でフラッシュドライブクラスのパフォーマンスを発揮できるようになります。このワーキングデータセットによって、フラッシュドライブ上にすべてのデータを配置しなくてもIOPSが向上します。FAST CacheではアプリケーションからのI/Oバーストを吸収するため、HDDの負荷が削減され、ストレージソリューションのTCOの改善に役立ちます。FAST Cacheは、

Unisphereを通じてわかりやすく直感的な方法で管理できます。

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FAST Cacheは、シーケンシャルなワークロード、大きなブロックのワークロードなど、一部のワークロードには本質的に適合しない場合があります。アプリケーションI/Oのプロファイルを分析して、パフォーマンスのメリットが得られる可能性を判断します。

FAST Cacheは、FAST VPテクノロジーの補完的機能として使用することができます。

この2つのテクノロジーを使用すると、使用パターンに応じて最適なストレージ階層にデータセグメントを配置できます。

参考資料

以下のホワイトペーパーは、EMCサポートゾーンで入手できます。

• EMC Unified Storage System Fundamentals for Performance and Availability

• EMC VNX FAST VP

• EMC Unisphere：Unified Storage Management Solution

• EMC VNX Virtual Provisioning

• Leveraging EMC FAST Cache with Oracle OLTP Database Applications

• EMC® Infrastructure for VMware® View™ 5.0

• Applied Best Practices Guide：EMC VNX Unified Best Practices for Performance

• お客様向けテクニカルプレゼンテーション：EMC Multisite Disaster Recovery For Microsoft SQL Server 2012—EMC VNX5700、EMC FAST Cache、SQL Server AlwaysOn可用性グループ

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付録 A：FAST Cache の構成オプション

表1：100 GBフラッシュドライブを使用するVNXストレージシステムのFAST Cache の構成オプション

モデル FAST Cacheの容量

（GB）

100 GBフラッシュドライブの数

VNX5100 100 2

VNX5300 100 2

200 4

300 6

400 8

500 10

VNX5500 100 2

200 4

300 6

400 8

500 10

600 12

700 14

800 16

900 18

1,000 20

VNX5700 100 2

200 4

300 6

400 8

500 10

600 12

700 14

800 16

900 18

1,000 20

1,100 22

1,200 24

1,300 26

1,400 28

1,500 30

(22)

（GB）

100 GBフラッシュドライブの数

VNX7500 100 2

200 4

300 6

400 8

500 10

600 12

700 14

800 16

900 18

1,000 20

1,100 22

1,200 24

1,300 26

1,400 28

1,500 30

1,600 32

1,700 34

1,800 36

1,900 38

2000 40

2,100 42

(23)

表2：200 GBフラッシュドライブを使用するVNXストレージシステムのFAST Cache の構成オプション

（GB）

200 GB

フラッシュドライブの数

VNX5100 N/A* N/A*

VNX5300 200 2

400 4

VNX5500 200 2

400 4

600 6

800 8

1,000 10

VNX5700 200 2

400 4

600 6

800 8

1,000 10

1,200 12

1,400 14

VNX7500 200 2

400 4

600 6

800 8

1,000 10

1,200 12

1,400 14

1,600 16

1,800 18

2000 20

*VNX5100では、FAST Cacheのオプションは100 GB（使用可能）のみとなります。

そのため、このプラットフォームでは200 GBフラッシュドライブを使用してFAST Cacheを構成できません。

(24)

付録 B：FAST VP と FAST Cache

FAST VPは、VNX OEリリース30で導入された新しい機能です。FAST VPは、複数のドライブタイプからなるストレージプール内のサブLUNレベルで、1 GBデータチャンクに対するストレージ階層化を実行します。FASTVPは、より多くのアクティブチャンク（より頻繁にアクセスされるデータ）を、最適なパフォーマンスのストレージ階層に自動的に移行し、あまりアクティブでないチャンクをパフォーマンスの劣る（より低コストの）階層に移行することにより、TCO（総所有コスト）を削減します。この機能の詳細については、EMCオンラインサポートにあるホワイトペーパー「EMC VNX FAST VP」を参照してください。

表3：FAST VPとFAST Cacheの機能の比較

FASTキャッシュ FAST VP フラッシュドライブを使用して、ストレージシ

ステムの既存のキャッシュ容量を拡張できます。

ストレージプールを使用することにより、単一のLUNで複数のタイプのドライブのメリットを活用できます。

粒度は64 KB。粒度は1 GB。

頻繁にアクセスされるデータをHDDからフラッシュドライブにコピーします。

一定期間に収集されたアクセスの重み付け平均の統計に基づいて、異なるストレージ階層間でデータを移行する。

ワークロードの変化が予測不能かつ非常に動的で、迅速なレスポンスタイムを必要とする場合に使用します。

ワークロードパターンの変化が予測可能で比較的少ない場合に使用します。

アクセス頻度の高いHDDのデータを常時 FAST Cacheにプロモートします。再配置サイクルはなし。

データの移行は、スケジュールに従って実行されるか、再配置ウィンドウを手動で呼び出す。

FAST Cacheにプロモートする必要があるデータを判断するための計算を継続的に実行できます。

移動の必要があるデータ部分を判断するための計算を1時間に1回実行できます。

FAST CacheおよびFAST VPを使用すると、ストレージシステムのパフォーマンスを高めTCOを低減できます。例として、フラッシュドライブを使用してFAST Cacheを作成し、SASおよびNL-SASディスクドライブで構成されたストレージプールでFAST VP 機能を使用することができます。パフォーマンスの観点から言うと、FAST Cache機能にはバーストデータに直接のメリットがあり、FAST VP機能は、よりアクティブなデータをSASドライブに、あまりアクティブでないデータをNL-SASドライブに移行するという方式をとっています。TCOに関しては、FAST Cacheは、より少ないフラッシュドライブでアクティブデータに対処でき、FAST VPはSASおよびNL-SASドライブを使用してディスク使用率と効率性を最適化します。

参照のローカル性が高く、バーストが生じやすいデータに対応するためにストレージシステムのパフォーマンスを直ちに改善する必要がある場合、一般的にはFAST

(25)

Cacheを使用します。一方、FAST VPを使用してTCOを最適化する場合は、保持しているデータの一定期間のアクセス数および需要に応じて、適切なストレージ階層にデータを移行します。FAST Cacheはパフォーマンス向上を重視し、FASTはTCOの改善を重視した機能です。これらの機能は相互に補完し合うため、両方を使用することで、パフォーマンスを向上させてTCOを削減できます。

FAST CacheをFAST VPと連携させると、不必要なタスクのためにリソースが無駄に使用されることがなくなります。次に例を挙げます。

• FAST VPがデータチャンクをフラッシュドライブに移行した場合、FAST Cacheでは、たとえプロモーション条件に一致しても、そのデータチャンクをFAST Cacheにプロモートしません。

これにより、あるフラッシュドライブから別のフラッシュドライブにデータがコピーされる場合のリソースの無駄がなくなります。

• バーストが生じやすいワークロードでFAST Cacheが有効なLUNの特定のチャンクへのアクセスが開始されると、FAST VPはそのチャンクを異なるストレージ階層にすぐには移行しません。その代わりに、FAST Cacheはチャンクをキャッシュにプロモートします。チャンクがプロモートされたあと、大部分のI/O動作はFAST Cacheから実行されます。その結果、バックエンドLUNでのアクティビティが減少し、FAST VPでは、より高いストレージ階層へのチャンクの移行が不要になることがあります。この場合、アプリケーションのワークロードで一時的なバーストが発生すると、FAST VPによるデータ移行の開始が回避されます。

• 前述のシナリオに対し、アプリケーションワークロードが持続的に増加している場合、FAST

Cacheでは、HDD LUNにデータを書き戻して、新たなプロモーション用の領域を作成する必

要があります。この処理は、バックエンドのアクティビティとして登録されます。最終的に、

FAST VPは、より高いストレージ階層（フラッシュドライブを選択できる）へのデータチャンク

の移行をスケジュールします。この移行が完了した際に、FAST Cacheでは、フラッシュドライブのストレージ階層の既存データはプロモートしません。

• フラッシュドライブをFAST Cache用に使用すると、I/O使用パターンが変化したときのパフォーマンスのメリットが大きく、レスポンスタイムも速くなります。RAID 1アーキテクチャによ

りFAST Cacheでパリティのオーバーヘッドが高くなる欠点は、DRAMキャッシュのパフォー

マンス向上により相殺されます。パフォーマンスのメリットは、HDDへの書き戻しではなく、

FAST Cache内I/OのDRAMからフラッシュドライブへのフラッシュです。この動作は、FAST

Cacheが有効化されていない場合に発生します。

(26)

付録 C：FAST Cache とストレージシステムキャッシュの比較

FAST Cacheは、半導体ベースのストレージテクノロジーです。この機能では、ストレ

ージシステムの高速で容量が限られたDRAMキャッシュと、より低速で容量の大きいHDDの間に、フラッシュメモリベースで大容量のセカンダリキャッシュ層を提供します。

表4：DRAMメモリとFAST Cacheの比較

特性 DRAMキャッシュ FASTキャッシュ位置 CPUの最も近くに位置し、レーテンシ

ーが最も低い。

CPUから一段離れたところにあり、

DRAMキャッシュより速度が遅い。

レスポンスタイム

レスポンスタイムは数ナノ秒から数マイクロ秒程度。

レスポンスタイムは数マイクロ秒から数ミリ秒程度。

アップグレード性

アップグレードキットは、VNX 7500 でのみに用意されています。

サポート対象のすべてのモデルでアップグレード可能。オプションは、

ストレージシステムのモデルとフラッシュドライブのタイプにより異なります。

処理読み取り処理と書き込み処理で、

ユーザー構成可能な別々の領域が存在します。

読み取り処理と書き込み処理を単一の領域で行う。

容量 FAST Cacheに比べてサイズが制限

されます。

はるかに大容量に拡張できます。

粒度粒度が非常に高く、実質的にI/Oサイズで処理される。キャッシュページサイズは、2 KBから16 KBの間で、ユーザーが設定できます。

64 KBの粒度のエクステントで動

作する。

可用性障害発生時に、資格のある担当者がサービスを交換する必要がある。

障害発生時に、別のフラッシュドライブのホットスペアにより故障したドライブが自動的に交換され、

故障したコンポーネントはユーザーが交換できます。

電源障害コンテンツは揮発性であるため、

停電時には失われる。

コンテンツは不揮発性で、停電時にも維持される。

VNX FAST Cache-A Detailed Review

VNX ® FAST Cache

VNX5100 、 VNX5300 、 VNX5500 、 VNX5700 、 VNX7500

詳細レビュー

目次

エグゼクティブ サマリー

はじめに

グローバルな FAST Cache と TCO

FAST Cache のコンポーネント

オペレーション原理

結論

参考資料

付録 A：FAST Cache の構成オプション

付録 B：FAST VP と FAST Cache

付録 C：FAST Cache とストレージ システム キャッシュの比較

VNX ^® FAST Cache

エグゼクティブサマリー

付録 C：FAST Cache とストレージシステムキャッシュの比較