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以下の事項は 弊社の一般的な製品の方向性に関する概要を説明するものです また 情報提供を唯一の目的とするものであり いかなる契約にも組み込むことはできません 以下の事項は マテリアルやコード 機能を提供することをコミットメント ( 確約 ) するものではないため 購買決定を行う際の判断材料になさらな

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Academic year: 2021

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全文

(1)

今すぐできるNAS環境の高速化!

Oracle DatabaseのI/Oに最適化されたNFSクライアントの

(2)

以下の事項は、弊社の一般的な製品の方向性に関する概要を説明するものです。

また、情報提供を唯一の目的とするものであり、いかなる契約にも組み込むことは

できません。以下の事項は、マテリアルやコード、機能を提供することをコミットメン

ト(確約)するものではないため、購買決定を行う際の判断材料になさらないで下さ

い。オラクル製品に関して記載されている機能の開発、リリースおよび時期につい

ては、弊社の裁量により決定されます。

OracleとJavaは、Oracle Corporation 及びその子会社、関連会社の米国及びその他の国における登録商標です。 文中の社名、商品名等は各社の商標または登録商標である場合があります。

(3)

Agenda

Introduction

システム性能の最大化とディスクI/Oのボトルネック

Storage Area Network(SAN)とNetwork Attached Storage(NAS)

データベースの配置先としてのNetwork Attached Storage(NAS)

Direct NFSのご紹介

Direct NFSの適用ケースの分析

設定方法

Direct NFSによるネットワーク帯域のスケーラビリティ

Direct NFSのまとめ

Direct NFS活用例

DB Smart Flash CacheによるSSDの効果的な活用法

(4)
(5)

Serv

er

N

et

w

ork

St

orage

はじめに

限られた予算でシステム性能を最大化するには

enclosure

HDD

HDD

HDD

HDD

controller

controller

switch

OS

CPU

CPU

DRAM

稼働率20%

稼働率80%

稼働率100%

稼働率100%

稼働率100%

稼働率100%

理想

現実

システム全体の稼働効率

が最大化されている

例:ディスクI/Oが

ボトルネック

(6)

ディスクI/Oがボトルネックになりがち

ストレージ設計は、容量以上に「性能」を考慮することが

重要

9%

43%

48%

CPU

disk I/O

complex

DBシステム性能のボトルネックの要因

CPU: 9%

ディスクI/O: 43%

非効率なSQL文、索引の設計等: 48%

*Oracle Direct パフォーマンス・クリニック・サービス

【参考】 http://www.oracle.com/lang/jp/direct/service/pc.html

(7)

なぜディスクI/Oがボトルネックになるのか

0

5

10

15

20

25

30

35

2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 2010年

相対比)

CPU

NETWORK

HDD

拡大傾向

x 32

トランジスタ数

x 1.X

回転数(rpm)

2003 vs 2010

処理性能

Hyper-Threading

マルチコア化

10GbE

InfiniBand

15krpmのまま

(8)

外部ストレージ接続形態(SANとNAS)

HDDの扱い方と接続方法

s

torage

SAN

対応

R

AI

D

HDD

HDD

HDD

/dev/sdx

LUN

s

torage

N

AS

対応

R

AI

D

HDD

HDD

HDD

file

system

mount point

nfs mount

SAN(Storage Area Network) NAS(Network Attached Storage)

ストレージ上のlogical unit(LUN)

をブロック・デバイスとして認識

linux

FC switch

NIC

HBA

ストレージ上のファイル・システムをマウントし

そのままファイル・システムとして使用

fibre channel(FC)

といったストレージ

専用ネットワークを

形成(FC-SAN)

LAN

LANを介してスト

レージにアクセス

(9)

外部ストレージ接続形態(SANとNAS)

特徴と一般的な用途

SAN(FC-SAN)の特徴

直接ブロック・デバイスにアク

セスすることで、I/Oオーバー

ヘッドを最小化

FCで形成された広帯域なスト

レージ専用ネットワーク

DBシステムのストレージとし

て一般的

NASの特徴

SANと比較して、導入が容易

かつ低コスト

ファイル・システムのインター

フェイスを介した使い勝手の

良さ

ファイル・サーバ用途として広

く普及

(10)

storage - NAS

DB server

sto

rag

e

lay

er

OS

lay

er

R

AI

D

D

B

l

ay

er

データベースの配置先としてのNAS

性能への影響

NFS client

TCP/IP

driver + NIC H/W

oracle

file system - NFS

kNFS I/O

libodm

oracleはOSのNFSクライアント

を介してI/O(以降、kNFS)

file file file file

【NFS】

I/Oのオーバーヘッド

本日の内容

【ネットワーク帯域】

1GbEの帯域不足

bonding / 10GbE /

Infiniband

(11)
(12)

storage - NAS

DB server

sto

rag

e

lay

er

OS

lay

er

R

AI

D

D

B

l

ay

er

Direct NFS(dNFS)

OracleはNASへのI/Oオーバーヘッドを減らす機能を実装

NFS client

TCP/IP

driver + NIC H/W

oracle

file system - NFS

kNFS I/O

libodm

oracleはOSのNFSクライアント

を介してI/O(以降、kNFS)

file file file file

dNFS I/O

libnfsodm

OS層をバイパスするこ

とでオーバーヘッドを

減らし、I/Oを高速化

(13)

Direct NFS(dNFS)機能概要

dNFSとは

Oracle Database内部に実装されたNFS(v3)クライアント機能

Oracle Database 11g Release 1から使用可能

dNFSの特徴

1.

OSカーネルのNFSクライアント(kNFS)より高いディスクI/O性能

2.

簡単な手順で機能を有効化

アプリケーションの書き換えは必要ない

ストレージの構成や運用に影響はない

複数イーサネット・ポートを使用したネットワーク帯域のスケー

ラビリティの設定が簡単

(14)

blade

s

helf

dis

k

s

helf

NAS head

検証環境

Hardware

HDD x 13

aggregate RAID-DP

blade

s

erv

er

10GbE L2 switch / FC switch

Oracle Linux

NFS

LUN

DB instance

FC port

blade

s

erv

er

DB client

DB client

DB client

DB client

hypervisor - Oracle VM

10GbE network

app

kNFS mount

4Gbps FC network

10GbE port

CPU: 8core - HyperThreading OFF

Physical Memory: 96GB

Cisco UCS B200 M1 x 2

Cisco Nexus 5020

NetApp FAS3170

block

device

(FC)

(15)

D

B

ser

v

er

sto

rag

e

検証環境

Oracle Configuration

DB instance

orclnfs

DB instance

orclfc

ASM instance

datafile

redo

undo

sysaux

system

temp

LUN

ASM diskgroup

block device - FC

tablespace #1

for

orclfc

datafile

redo

undo

sysaux

system

temp

file system - NFS

tablespace #1

for

orclnfs

datafile

tablespace #2

for

orclfc

orclnfs

orclfc

kNFS

dNFS

kNFS mount

(16)

kNFSより高いI/O性能

検証内容

dNFSの適用ケースを判断するため、以下の内容で

kNFSとdNFSの性能を確認する

1.

Webショッピング・サイトを想定したOLTP

2.

DWH / BATCH

2-1.

SELECT

2-2.

INSERT

2-3.

UPDATE

(17)

D

B

ser

v

er

sto

rag

e

kNFSより高いI/O性能

OLTP

DB instance

orclnfs

datafile

redo

undo

sysaux

system

temp

file system - NFS

tablespace #1

for

orclnfs

kNFS

dNFS

kNFS mount

D

B

cl

ien

t

Webショッピング・サイトを

想定したOLTP

トランザクションの割合

商品検索のみ(SELECT)の

トランザクション = 80%

(SELECT)

商品購入を含む(SELECT &

INSERT & UPDATE)トラン

ザクション = 20%

OLTP

application

(18)

kNFSより高いI/O性能

OLTP

OLTPで発生するI/Oの性能が向上することを確認

キャッシュ・ヒット率が低く、I/O量が多い環境ほど有効

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

4GB 8GB 12GB 16GB 20GB 24GB 28GB 32GB 36GB 40GB 44GB 48GB 52GB 56GB 60GB

T

PS

(R

el

ati

v

e

V

al

u

e)

SELECT RANGE

kNFS

dNFS

buffer cache = 10G

2.7X

storage cache = 16G

(19)

kNFSより高いI/O性能

OLTP: AWRレポート

Avg

wait % DB

Event Waits Time(s) (ms) time Wait Class --- --- --- --- --- --- db file sequential read 6,074,413 133,800 22 94.2 User I/O log file sync 468,167 5,427 12 3.8 Commit DB CPU 3,003 2.1

read by other session 1,479 89 60 .1 User I/O cursor: pin S 13,004 51 4 .0 Concurrenc Avg

wait % DB

Event Waits Time(s) (ms) time Wait Class --- --- --- --- --- --- db file sequential read 2,132,908 268,121 126 87.8 User I/O log file sync 170,284 35,137 206 11.5 Commit DB CPU 1,636 .5

Disk file operations I/O 1,620 358 221 .1 User I/O enq: TX - index contention 1,059 218 206 .1 Concurrenc

# kNFS

(20)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

kNFS

dNFS

IO

PS

read_ops/sec

write_ops/sec

dNFSであれば、HDDの限界性能まで引き出せている

IOPSが約3倍になり、disk util = 100%

kNFSより高いI/O性能

OLTP: ストレージ統計

Disk Util = 80%

Disk Util = 100%

3X

(21)

kNFSより高いI/O性能

DWH / BATCH

FC

kNFS / dNFS

1.

SELECT

表の行数をカウント(960,000,000行)

同じSQLに対して、ヒント句を用いて

アクセス・パスを制御

2.

INSERT

960,000,000行のINSERT処理

NFS上の表からNFS上の表へDirect-Path Insert

FCのLUN上の表からNFS上の表へ

Direct-Path Insert

3.

UPDATE

960,000,000行の表を全行UPDATE

Parallel Query / DMLを使用

1.

SELECT

Table Full Scan

Index Fast Full Scan

Index Full Scan

2.

INSERT

Direct-Path Insert

(22)

kNFSより高いI/O性能

DWH / BATCH: SELECT(パラレル処理)

0.66

1

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

RESPONSE TIME (relative value)

Table Full Scan

kNFS

dNFS

0.79

1

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

RESPONSE TIME (relative value)

Index Fast Full Scan

kNFS

dNFS

0.88

1

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

RESPONSE TIME (relative value)

Index Full Scan

kNFS

dNFS

dNFSを使用することで、い

ずれのアクセス・パスでも高

速化されることを確認

特にTable Full Scanで効果が

高い(約

1.5倍

1.5X

1.1X

(23)

kNFSより高いI/O性能

DWH / BATCH: SELECT(パラレル処理)

効果が高いケースは、デー

タ・ブロックの読み込み処理

が、direct path readで行わ

れている

direct path read

direct path read

(24)

【補足】 kNFSより高いI/O性能

DWH / BATCH: SELECT(シリアル処理)

データ・ブロックの読み込み処理がdb file scattered readで行

われている場合、効果が小さい傾向

パラレルでのTable Full Scanはdirect path readで行われる

シリアルでのTable Full Scanは、DB buffer cacheと表のサイズに次第

でdirect path readを選択(11g Release 1以降)

0.99

1

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

RESPONSE TIME (relative value)

Table Full Scan - Small Table

kNFS

dNFS

db file scattered read

0.58

1

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

RESPONSE TIME (relative value)

Table Full Scan - Big Table

kNFS

dNFS

direct path read

(25)

kNFSより高いI/O性能

DWH / BATCH: INSERT

書き込み処理においては効果が低い傾向

dNFS  dNFSのケースは、読み込み処理(direct path read)の

高速化による性能向上

0.79

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

RESPONSE TIME (relative value)

INSERT:

kNFS

kNFS / dNFS

dNFS

kNFS

dNFS

0.97

1

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

RESPONSE TIME (relative value)

INSERT:

FC

kNFS / dNFS

kNFS

dNFS

(26)

kNFSより高いI/O性能

DWH / BATCH: UPDATE

大量データの更新処理が高速化されることを確認

0.86

1

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

RESPONSE TIME (relative value)

UPDATE

kNFS

dNFS

(27)

Direct NFS

(28)

dNFSの有効化

dNFSを有効にするには、以下の2つの手順を行う

1.

設定ファイル(oranfstab)の作成と編集

(29)

【補足】 oranfstabについて

oranfstabは、dNFSに対してoracle固有のオプションを指

定するファイルという位置づけ

dNFSでは、現在マウントしているボリューム(/etc/mtab)の構成

に基づいてマウント・ポイント設定が決定される

そのため、dNFSでアクセスするボリュームも、kNFSでマウントす

る必要がある

kNFSのマウント・オプションは、従来通り、ボリュームの用途

(配置するファイルの種類)に適したマウント・オプションを指定

具体的なマウント・オプションは、各NAS製品ベンダー様にご

確認ください

(30)

1.

$ORACLE_HOME/dbs/oranfstabを編集

server: NFSサーバ名

local: NFSクライアントのIPアドレス(最大4つ)

path: NFSサーバのIPアドレス(最大4つ)

export: NFSサーバからexportされたパス

mount: NFSクライアントのmountポイント

storage - nas01

DB server

dNFSの有効化(1/2)

oranfstabの編集

server: nas01

local: 10.196.24.10

path: 10.196.24.100

export: /vol/vol1 mount: /NAS/vol1

/vol/vol1

kNFS mount

10.196.24.100

10.196.24.10

/NAS/vol1

NFS client

NFS server

(31)

dNFSの有効化(2/2)

ライブラリ・ファイルの入れ替え

2.

DBインスタンスを停止

3.

標準のOracle Disk Mananger(ODM)ライブラリのかわ

りに、NFSクライアント機能が実装されているODM NFS

ライブラリを使用する

4.

DBインスタンスを起動

DBインスタンス起動時に、機能が有効化される

以下のメッセージがalert logに出力されることを確認

cd $ORACLE_HOME/rdbms/lib

make -f ins_rdbms.mk dnfs_on

Oracle instance running with ODM: Oracle

Direct NFS ODM Library Version 3.0

(32)

storage - NAS

dNFSの有効化(2/2)

ライブラリ・ファイルの入れ替え

dNFSの対象はボリューム単

位ではなく、ファイル単位

サポート対象のファイルの

み、dNFS I/Oが有効化

それ以外のファイルは従来通り

kNFS I/O対象

dNFSでアクセスするボリュー

ムは、kNFSマウント済

従来通りのファイル・システ

ムのオペレーションが可能

DB server

kNFS

oracle

libnfsodm

file

file

OS user

volume

dNFS I/O

kNFS I/O

(33)

oranfstabにチャネル(localとpathのペア)を追加するだけ

(最大4チャネル)

DB server

oracle

ネットワーク帯域のスケーラビリティ

server: nas01

local: 10.196.24.10

path: 10.196.24.100

local: 10.196.25.11

path: 10.196.25.101

local: 10.196.26.12

path: 10.196.26.102

local: 10.196.27.13

path: 10.196.27.103

export: /vol/vol1 mount: /NAS/vol1

channel 1

channel 2

channel 3

channel 4

storage - nas01

/vol/vol1

dNFS

load

balancing

channel

(34)

ネットワーク帯域のスケーラビリティ

v$dnfs_channels

SQL> select a.pnum, b.program, a.svrname, a.path, a.local, a.ch_id from v$dnfs_channels a, v$process b where a.pnum = b.pid;

PNUM PROGRAM SVRNAME PATH LOCAL CH_ID --- --- --- --- --- --- 10 oracle@dbsrv01 (DBW0) nas01 10.196.24.100 10.196.24.10 0 10 oracle@dbsrv01 (DBW0) nas01 10.196.24.100 10.196.24.11 1 10 oracle@dbsrv01 (DBW0) nas01 10.196.24.100 10.196.24.12 2 10 oracle@dbsrv01 (DBW0) nas01 10.196.24.100 10.196.24.13 3 11 oracle@dbsrv01 (LGWR) nas01 10.196.24.100 10.196.24.10 0 11 oracle@dbsrv01 (LGWR) nas01 10.196.24.100 10.196.24.11 1 11 oracle@dbsrv01 (LGWR) nas01 10.196.24.100 10.196.24.12 2 11 oracle@dbsrv01 (LGWR) nas01 10.196.24.100 10.196.24.13 3 .... ... .. .

(35)

dNFSのまとめ

kNFSより高いディスクI/O性能

【OLTP】 キャッシュ・ヒット率が低く、ディスクI/Oが頻発している環

境で、大きな効果が期待できる

【DWH / BATCH】 多くのケースで効果が期待できる

特にdirect path readが行われるSQLで効果大

簡単な手順で機能を有効化

アプリケーションの書き換えは必要ない

ストレージの構成や運用に影響はない

複数イーサネット・ポートを使用したネットワーク帯域のスケーラビ

リティの設定が簡単

(36)
(37)

dNFS活用例

DB統合とストレージ要件

統合

40,000 IOPS

10,000 IOPS

10,000 IOPS

3,000 IOPS

7,000 IOPS

5,000 IOPS

2,000 IOPS

3,000 IOPS

CPUのマルチコア化によって集約密度が向上するか

高密度集約を実現するカギは

ディスクI/O性能

※ 複数のOLTPシステムを統合した例

(38)

ディスクI/O性能を考慮せずにDB統合すると

0

1

2

3

4

5

6

instance x 1

instance x 2

instance x 3

instance x 4

TPS

(R

elativ

e

V

alue)

instance A

instance B

instance C

instance D

(39)

近年、同時に処理するデータ量が飛躍的に増加している

メモリの追加(Database Buffer Cacheサイズを増加)

高密度なDRAMは高価

サーバのスロット数には限りがある

統合環境の場合、割当可能なサイズが減少

メモリ上だけで処理するのが困難

ディスクI/O性能ボトルネックを改善するには

OLTPでは、ディスクI/Oを発生させないのが理想だが・・・

2.

データ量の増加

1.

セッション数の増加

(40)

HDDの追加

設置スペース、重量、消費電力の問題

SSDという選択

SSDはその特性を正しく理解し、賢く使いこなすことが重要

• small random read

のI/Oワークロードにおいて、

HDDの

20~30倍

高速

ディスクI/O性能ボトルネックを改善するには

(41)

HDDの場合

HDD x 133

【例】 40,000 IOPSを達成するには

small random readの場合

SSDであれば

SSD x 5

【価格性能比】

H/Wコストは約

1/10

(42)

SSD上に全てのデータを配置するのは高コスト

【価格容量比】 H/WコストはHDDの

10倍

アクセス頻度の高いデータのみをSSDに配置する

運用に手間がかかる(アクセス頻度の分析、データの移動)

【例】 高速なSSD上に、1TBのデータを配置

するには

SSD x 25: 1TB

SSD(100GB) x 25(RAID1+0)

HDD(300GB) x 7(RAID1+0)

HDD x 7: 1TB

(43)

SSDをキャッシュとして活用する機能を実装

 Database Smart Flash Cache

(DB Smart Flash Cache)

Oracle Database 11g Release 2 Enterprise Editionの標準機能

LinuxとSolarisで使用可能

(44)

storage

DB instance

DB Smart Flash Cache

buffer cache(10GB)

DB Smart Flash Cache(120GB)

cache area

130GB

大規模なキャッシュ

領域を安価に確保

buffer cacheからキャッシュ・アウト

されたデータを、自動的にFlash

Cache(SSD)にキャッシュする

アクセス頻度が高く、

buffer cacheにキャッシュ

されるデータ

アクセス頻度は高いが、

buffer cache上にキャッシュ

しきれないデータ

SSD

サーバ側のPCIe接続SSDがオススメ

コントローラーのボトルネックやサーバ~

ストレージ間の通信が必要ない点で有利

(45)

DB buffer cacheでキャッシュ・ミスした場合でも、

I/O待ち時間を大幅に削減

キャッシュ・ヒットした場合と同等のレスポンス・タイムを実現

DB Smart Flash Cacheの効果

SQL処理時間の内訳イメージ

検索

更新

検索

更新

検索

更新

ディスク I/O時間

CPU時間

cache miss

cache hit

(46)

blade

s

helf

dis

k

s

helf

NAS head

検証環境

HDD x 14

aggregate RAID-DP

blade

s

erv

er

10GbE L2 switch / FC switch

Oracle Linux

NFS

DB instance

blade

s

erv

er

hypervisor - Oracle VM

10GbE network

CPU: 8core - HyperThreading OFF

Physical Memory: 96GB

Cisco UCS B200 M1 x 2

Cisco Nexus 5020

NetApp FAS3270

SSD x 24

aggregate RAID-DP

NFS

DB buffer cache = 10GB

DB Smart Flash Cache = 120GB

kNFS / dNFS

database

files

NetApp FAS上のSSDを

DB Smart Flash Cacheとして使用

DB client

OLTP

app

(47)

DB Smart Flash Cacheの効果とdNFSと

の組み合わせ

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

100

200

300

400

500

600

CPU (

%

)

TPS

(Relat

iv

e

V

alue)

SESSIONS

TPS - kNFS

TPS - DBSFC on kNFS

TPS - DBSFC on dNFS

CPU - kNFS

CPU - DBSFC on kNFS

CPU - DBSFC on dNFS

13X

CPU使用率 = 約100%

40,000 IOPS

(48)

blade

s

helf

dis

k

s

helf

NAS head

検証環境

HDD x 14

aggregate RAID-DP

blade

s

erv

er

10GbE L2 switch / FC switch

Oracle Linux

NFS

DB instance

blade

s

erv

er

hypervisor - Oracle VM

10GbE network

Cisco UCS B200 M1 x 2

Cisco Nexus 5020

NetApp FAS3270

SSD x 24

aggregate RAID-DP

NFS

database

files

DB client

DB client

DB client

DB client

OLTP

app

DB instance

DB instance

DB instance

database

files

database

files

database

files

Oracle Databaseの機能(

Instance Casing

でCPUリソースの配分を制御

DB buffer cache = 10GB

(49)

DB統合の集約密度を最大化

DB Smart Flash Cache with dNFS:

ON

DB Smart Flash Cache with dNFS: OFF

0

1

2

3

4

5

6

instance x 1 instance x 2 instance x 3 instance x 4

T

PS

(R

el

ati

v

e

V

al

u

e)

instance A instance B instance C instance D

0

1

2

3

4

5

6

instance x 1 instance x 2 instance x 3 instance x 4

T

PS

(R

el

ati

v

e

V

al

u

e)

instance A instance B instance C instance D

ディスクI/O性能のボトルネック

(50)

まとめ

DB Smart Flash CacheとdNFSによるDB統合

最小限のコストで最大限のI/O性能(IOPS)が得られる機

能であり、集約密度を向上させたDB統合の実現を加速

DB Smart Flash CacheによりSSDを効率的に活用

dNFSによりH/Wリソース(マルチコア、SSD)を最大限活用

(51)

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