ストレージシステムの高性能化に向けたキャッシュ論理分割機能の開発

全文

(1)情報処理学会第68回全国大会. 2A-4. ストレージシステムの高性能化に向けたキャッシュ論理分割機能の開発小川純司†. 小関英通†. (株)日立製作所システム開発研究所†. 西本哲†. 石川篤‡. (株)日立製作所 RAID システム事業部‡. 1. はじめに. 性能チューニングパラメータは、I/O 特性によって異なる。このため、特定の性能チューニング近年、高性能サーバ向け外部ストレージとしパラメータを、全アプリケーションに適用するて、コストパフォーマンスと信頼性に優れる [1] と、アプリケーション毎の最適性能を提供出来 RAID 技術を用いたディスクアレイ装置が一般的に用いられている。また、管理コストの低減や、ないという問題が発生する。以上から、以下の 2 点が課題となる。容量の有効活用を目的とした、複数のサーバの (課題 1) 各アプリケーション間のキャッシュデータを一台のストレージに格納するストレーリソース独立性の確保ジコンソリデーションの適用も進んでいる。 (課題 2) I/O 特性に応じたキャッシュ制御パストレージコンソリデーションにおいては、ラメータの提供一台のストレージに接続されるサーバは、データベース、ビジネス文書等のファイルシステム、 3. 提案方式ストリーミング、アーカイブ等、様々なアプリケーションに用いられる。これらのアプリケー前節で述べた課題の解決方法として、キャッションでは、ストレージに対して発行される I/O シュメモリ論理分割機能を提案する。本機能ののサイズ、リード率、ランダム率、データ参照概念図を図 1に示す。の空間的・時間的局所性等の I/O 特性が異なる。キャッシュメモリ本稿では、異なる I/O 特性を持つ複数のアプパーティション #0 パーティション #1 リケーションに使用するストレージシステムの高性能化について報告する。. 2. 課題一般的なディスクアレイ装置では、キャッシュを設ける事により高性能化を実現している。通常、ストレージシステムがやり取りするデータは、全て一旦キャッシュに格納されるため、一台のストレージシステムを複数のアプリケーションで使用する環境では、異なる I/O 特性のデータが同一キャッシュ上に混在する事になる。この時、アプリケーション間のキャッシュリソースの独立性が無い場合は、例えば、データ再利用性の低い I/O を発行するアプリケーションに対して多くのキャッシュを割り当ててしまい、同時に I/O を発行していた再利用性の高いアプリケーションに対して割り当てるキャッシュリソースが不足する事で性能が低下するという問題が発生する。また、キャッシュ制御にて使用すべき最適な Development of “Cache Logical Partitioning Application” for Improvement of Performance for Storage System †Junji Ogawa, Hideaki Koseki, Akira Nishimoto Systems Development Laboratory, Hitachi, Ltd. ‡Atsushi Ishikawa, RAID Systems Division, Hitachi, Ltd.. 1-17. パーティション #0 所属LU. パーティション #1 所属LU. 使用不可図 1：キャッシュ論理分割機能概念図キャッシュ論理分割機能は以下の機能を持つ。 ① 複数の領域(以下パーティション)への分割機能 ② パーティション毎のキャッシュパラメータ設定機能上記機能をベースとして、まずストレージシステムが管理する全 LU (Logical Unit)を分割したいずれかのパーティションに所属させ、各 LU に対して発行された I/O によって発生する一時データを、所属するパーティションのみに格納する。異なるパーティションに所属する LU 間では、キャッシュ領域の競合が発生しない。このため、アプリケーション毎に LU を分け、別のパーティションを割り当てる事により、アプリケ.

(2) 情報処理学会第68回全国大会. 4. 性能評価本稿で提案したキャッシュ分割機能を用いた課題 1,2 の解決による性能向上効果を評価する。 4.1. アプリケーション間性能影響の低減 (1)評価方法ヒット率の高い小サイズリード(例：DB)とヒット率の低い大サイズリード(例：ストリーミング)という、異なる I/O 特性を持つアプリケーションがそれぞれ使用する LU を、同一パーティションに割り当てた場合と、異なるパーティションに割り当てた場合の性能比較により、課題 1 を解決した場合の効果を評価する。 (2)結果図 2に示すように、異なる I/O 特性を持つ LU を別パーティションとする事で、ヒット率の高い領域の性能向上という効果が見られた。また、ヒット率の低い領域に関しても、特に性能低下は生じていない。これは、本機能により、キャッシュヒットを期待出来ない LU が大量のキャッシュ領域を使用する事で、キャッシュヒットを期待できる LU が使用可能なキャッシュサイズが制限されてしまうという影響が低減したためと考えられる。相対性能比(IOPSベース). 1.2. て、パーティションごとのパラメータ設定機能の効果を評価する。 (2)結果 2 種類のセグメントサイズを使用した時の性能比較結果を図 3に示す。 5 セグメントサイズ：16kB セグメントサイズ：4kB. 4. 応答時間比. ーション間のキャッシュリソース独立性を確保する事が出来る(課題 1 の解決)。また、パーティション毎のパラメータ設定機能により、I/O 特性に応じたパーティションサイズやキャッシュ管理単位サイズ等のパラメータ変更が可能となり、I/O 特性に応じたキャッシュ制御パラメータの提供が可能となる(課題 2 の解決)。. 3 2 1 0. 0. 0.5 1 1.5 相対性能比 (IOPSベース). 2. 図 3：I/O 処理性能比較データサイズに比べてセグメントサイズが小さい場合、セグメントの有効データ充填率が向上し、キャッシュ使用効率が大きくなるため、キャッシュヒット率が向上する。図 3に示したように、セグメントサイズ小の方が、応答時間が小さく、また処理性能も向上している。一方、セグメントサイズを大きく設定した場合は、小 I/O サイズ(セグメントサイズ以下)のランダムデータアクセスに関しては、セグメントを有効データ充填率が低下し、容量効率が低下する。このように I/O サイズとセグメントサイズによって性能は大きく異なる事から、アプリケーション(I/O 特性)に応じて、セグメントサイズ等のパラメータを設定出来る本機能は、有効であるといえる。. 1. 5. まとめ. 0.8. 異なるアプリケーションで単一のストレージシステムを使用する場合の性能向上方式として、キャッシュ論理分割方式を提案した。また、分割後の領域に異なるパラメータを設定する事で、性能最適化を行う事を提案し、性能評価により、局所性の高いランダムアクセス時に性能向上効果がある事を示した。. 0.6 0.4. 128kBリード(ヒット率：低). 0.2. 4kBリード(ヒット率：高). 0. 同一パーティション. 別パーティション. 図 2：アプリケーション間性能影響の低減. 4.2. I/O 特性に応じたパラメータの適用 (1)評価方法キャッシュ上のデータの管理は、セグメントと呼ぶ領域を単位として管理する。セグメントサイズを変化させたときの性能への影響を用い. 1-18. 参考文献 [1]David A.Patterson, et al.: "A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID) ", Report no.UCB / CSD 87 / 391, Computer Science Division Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, Berkeley, 1987..

(3)