Microsoft SQL Server 2012 における EMC パフォーマンスの高速化EMC VFCache、EMC Symmetrix VMAX 10K、および EMC FAST VP

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ホワイトペーパー

Microsoft SQL Server 2012

_{における EMC}

パフォーマンスの高速化

EMC VFCache

、EMC Symmetrix VMAX 10K、および EMC FAST VP

• EMC VFCache

による SQL Server の高速化

• EMC FAST VP

によるストレージの最適化

• VMware vSphere

サーバの仮想化

EMC

ソリューショングループ

要約

このホワイトペーパーでは、EMC Symmetrix® VMAX® 10Kシステム上の、可用性グループを含む仮想化されたSQL Server 2012 環境でのEMC® VFCache™の影響を解説します。ここでは、VFCacheを使って、最も頻繁に参照されるデータをサーバベースのPCIeカードにキャッシュし、ストレージアレイへのアクセスを不要にした場合のパフォーマンスの向上について説明します。また、VFCacheとVMware® vSphere® 5の統合、および仮想環境でのメンテナンスの容易さについても説明します。 2012年 7 月

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Copyright © 2012 EMC Corporation. All rights reserved.（不許複製禁無断転載） EMC Corporationは、この資料に記載される情報が、発行日時点で正確であるとみなしています。この情報は予告なく変更されることがあります。この資料に記載される情報は、「現状有姿」の条件で提供されています。EMC Corporationは、この資料に記載される情報に関する、どのような内容についても表明保証条項を設けず、特に、商品性や特定の目的に対する適応性に対する黙示の保証はいたしません。この資料に記載される、いかなる EMC ソフトウェアの使用、複製、頒布も、当該ソフトウェアライセンスが必要です。

最新の EMC 製品名については、japan.emc.com で EMC Corporation の商標を参照してください。

VMware、ESXi、VMware vCenter、および VMware vSphere は、米国およびその他の国における VMware, Inc.の登録商標または商標です。

Intelおよび Xeon は、米国およびその他の国における Intel Corporation の商標です。

その他のすべての名称ならびに製品についての商標は、それぞれの所有者の商標または登録商標です。

パーツ番号：H10738-J

Microsoft SQL Server 2012における EMC パフォーマンスの高速化

EMC VFCache、EMC Symmetrix VMAX 10K、および EMC FAST VP

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エグゼクティブサマリー ... 5 ビジネスケース... 5 ソリューションの概要 ... 5 主な結果 ... 5 はじめに ... 6 目的... 6 適用範囲 ... 6 対象読者 ... 6 用語... 6 テクノロジーの概要 ... 8 主要なコンポーネントの紹介 ... 8 EMC VFCache ... 8 最高速度のサーバ側フラッシュのキャッシング ... 8 総合的な保護のためのアレイへのライトスルーキャッシュ ... 9 あらゆるアプリケーションへの対応... 9 vSphereとの統合 ... 9 システムリソースへのインパクトを最小化 ... 9

EMC Symmetrix VMAX 10Kストレージアレイ ... 10

Symmetrix VMAX 10KのFAST VP... 10

EMC仮想ストレージインテグレータ ... 11 EMC PowerPath/VE ... 11 VMware vSphere 5 ... 11 Microsoft SQL Server 2012... 12 AlwaysOn ... 12 ソリューションの構成 ... 13 ソリューションの概要 ... 13 ソリューションアーキテクチャ ... 13 SQL Server 2012のユーザープロファイルおよび設計... 14 ハードウェアリソース... 16 ソフトウェアリソース... 17 ストレージ設計 ... 18 概要... 18 ストレージ設計のレイアウト ... 18 FAST VPの設計に関する考慮事項 ... 18

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4 VFCacheの管理と構成... 20 概要... 20 VFCache管理... 20 VFCache構成... 21 テストおよび検証... 23 テストの概要 ... 23 ベンチマークパフォーマンスの結果について ... 23 テストの目的 ... 23 テストプロシージャ ... 23 テスト結果... 24 結果の概要 ... 24 EMC VFCacheの有効化... 25 2階層システム（FCおよびSATA）でのVFCacheの効果 ... 26 3階層ストレージシステム（Flash、FC、およびSATA）でのVFCacheの効果 ... 30 VFCache統計情報... 32

VMware vSphere ESXiサーバのパフォーマンス ... 33

結論 ... 35 まとめ ... 35 発見事項 ... 35 関連資料 ... 36 ホワイトペーパー ... 36 製品ドキュメント... 36 その他のドキュメント ... 36

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エグゼクティブサマリー

コスト競争がますます激化する今日の環境において、企業はプロセスを最適化し、サービスを向上させる一方で、ITコストを削減する必要に迫られています。また、以下の理由により、ITインフラは、より高いパフォーマンスを求められています。 ビジネスケース • アクティブユーザー数の増大 • スピードが重視されるアプリケーションや拡大するサービスレベル契約 • ますます複雑になるビジネスプロセスと新たな分析ワークロード • 同時アクセス数の多い複数のデータベースこのような課題に Microsoft SQL Server 2012 環境で対応するために、企業は、コストを削減し、データ保護を強化しながら、パフォーマンスを最適化できる新しいアプローチを検討する必要があります。 EMC®

VFCache™は、Peripheral Component Interconnect Express（PCIe）Flashテクノロジーとインテリジェントなキャッシュソフトウェアを使用するハードウェアとソフトウェアを組み合わせたもので、レーテンシーの低減とスループットの向上により読み取り処理速度が上がります。1 枚のVFCacheカードでは、8 KBの読み取り要求を最大 10,000 件処理できますが、一般的なフラッシュディスクは、数千件の読み取り要求しか処理できません。 VFCacheおよびSymmetrix® VMAX® 10Kストレージアレイの両方を使って、EMC は、CPUやメモリなどのシステムリソースに与えるインパクトを最小限に抑えながら、仮想化されたSQL Server 2012 のパフォーマンスを最適化できるソリューションを提供します。このソリューションの目的は、VFCacheが、仮想化された環境において、EMC Symmetrix VMAX 10K上のSQL Server 2012 に対し、効果的でインテリジェントな I/Oパスを提供していることを示すことです。

ソリューションの概要

この環境は、EMC Fully Automated Storage Tiering for Virtual Pools（FAST VP）によりコントロールおよび最適化された、複数階層ストレージソリューションをベースにしています。

このソリューションから、次のような結果が得られます。

主な結果

• EMC VFCache は、ストレージアレイからサーバへの SQL OLTP トランザクションの読み取りワークロードを軽減します。 • VFCache により、仮想環境での SQL Server データベーストランザクションのパフォーマンスが向上します。 • VFCache は、CPU やメモリなどのシステムリソースにほとんどインパクトを与えません。 • VMware® vSphere®

vCenter™に対応したEMC Virtual Storage Integrator（VSI）プラグインとの統合により、仮想化された環境でVFCacheの管理や監視がしやすくなります。

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はじめに

このホワイトペーパーでは、I/Oを集中的に使用するSQL Server OLTPワークロードをサポートするEMC VFCacheの機能について説明します。

目的

このホワイトペーパーは、

適用範囲

• システムリソースにほとんどインパクトを与えずに、大量の SQL Server OLTPワークロードのパフォーマンスを上げる EMC VFCache の機能を紹介します。

• EMC VFCache の簡単な管理や構成について説明します。

このホワイトペーパーは、Symmetrix VMAX 10K および VFCache を使った環境の計画、設計、または管理に関与する SQL Server 2012 データベース管理者、およびストレージ設計者を対象にしています。 対象読者 このホワイトペーパーでは、次の用語が使用されています。用語 表 1. 用語 用語定義 EMC VFCache レーテンシーの低減とスループットの向上を実現するサーバフラッシュキャッシュソリューション。インテリジェントなキャッシュソフトウェアとPeripheral Component Interconnect Express（PCIe）フラッシュテクノロジーの活用により、アプリケーションパフォーマンスを大幅に向上させます。

FAST VP Fully Automated Storage Tiering for Virtual Pools。 Symmetrixストレージアレイの機能の 1 つ。ストレージアレイ内のパフォーマンスや容量が異なる階層間でビジネスアプリケーションデータを配置または再配置するためのデータボリュームの識別が自動化されます。 OLTP オンライントランザクション処理。OLTPは、一般に、データ入力や取得トランザクション処理に使用されます。 Symmetrix VMAX 10K エンタープライズクラスのディスクアレイの 1 つ。中規模組織や大規模組織に対して、拡張性の高いストレージに最高レベルの信頼性および可用性を提供するためのソリューションを提供します。EMC 仮想プロビジョニング™ストレージの配置、Fully Automated Storage Tiering（FAST）、およびSymmetrix VMAX 10K は、複数のディスクテクノロジーをサポートすることで、業界をリードするソリューションを市場に提供します。

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用語定義ウォームアップ時間ウォームアップ時間は、VFCache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、 VFCacheがインストールされたばかりで、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 VFCacheデータが参照されなくなったときにも発生します。

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テクノロジーの概要

このセクションでは、このソリューションで使用されるテクノロジーの概要を説明します。主要なコンポーネ ントの紹介 • EMC VFCache

• EMC Symmetrix VMAX 10K ストレージアレイ • Symmetrix VMAX 10K の FAST VP

• EMC 仮想ストレージインテグレータ • EMC PowerPath® /VE • VMware® vSphere® 5 • Microsoft SQL Server 2012 EMC VFCacheは、サーバのフラッシュキャッシュソリューションの 1 つで、レーテンシーを減らし、スループットを向上させます。VFCacheは、インテリジェントなキャッシュソフトウェアとPCIeフラッシュテクノロジーを活用し、アプリケーションパフォーマンスを飛躍的に向上させます。 EMC VFCache 最高速度のサーバ側フラッシュのキャッシング VFCacheソフトウェアは、サーバベースのPCIe カードで最も頻繁に参照されるデータをキャッシュするため、データはアプリケーションにより近いところに置かれます。 VFCacheのキャッシング最適化では、最も頻繁に参照されるデータを判断し、これをサーバのフラッシュキャッシュにプロモートすることで、変化するワークロードに自動的に適応します。つまり、「最もホットな」データ（最もアクティブなデータ）がサーバのPCIeカード上に自動的にキャッシュされ、迅速にアクセスできます。 VFCacheは、ストレージアレイから読み取りトラフィックをオフロードします。このため、別のアプリケーションにより多くの処理能力を割り当てられます。 VFCacheで特定のアプリケーションを高速化している間、別のアプリケーションではアレイのパフォーマンスが維持されるか、ほんのわずかしか上昇しません。図 1に示すとおり、VFCacheの高度なアーキテクチャでは、パフォーマンス向上とデータ保護の両方が実現されています。 • 読み取りは、パフォーマンス向上のため VFCache によって行われます。 • 書き込みは保護のためにストレージアレイを通じて渡され、さらにそのコピーがVFCacheに保持されます。

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図 1. EMC VFCache による高度なアーキテクチャ 総合的な保護のためのアレイへのライトスルーキャッシュ VFCacheは、ストレージのライトスルーキャッシュを使用して読み取り速度を向上させ、データを保護することで、永続的な高可用性、整合性、災害復旧を提供します。 あらゆるアプリケーションへの対応 VFCacheはアプリケーションに対して透過的なので、環境に VFCache を導入する時に、書き直し、再テスト、再認定は必要ありません。 vSphereとの統合 VFCacheは、仮想環境および物理環境の両方を強化します。VSIプラグインと統合することで、VFCacheの管理や監視が簡単になります。 システムリソースへのインパクトを最小化

VFCacheの目的は、フラッシュの管理作業をホスト CPU から PCIe カードに移行して、サーバの CPU オーバーヘッドを最小化することです。

VFCacheは最も効率がよく、インテリジェントな I/O パスをアプリケーションからデータストアまで作成します。その結果、物理環境と仮想環境の両方で、パフォーマンス、インテリジェンス、保護機能を動的に最適化可能なインフラストラクチャを実現できます。

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Symmetrix VMAX 10Kストレージシステムは、厳しいストレージ要件と限られたリソースで、ますます多くのIT組織およびサービスプロバイダに、業界をリードするハイエンドの仮想ストレージ機能を提供する新しいエンタープライズストレージクラスです。 EMC Symmetrix VMAX 10Kスト レージアレイ Symmetrix VMAX 10Kは、簡単にインストールやセットアップ、使用ができるように設計されています。信頼性およびパフォーマンスの向上を必要とするお客様や、Symmetrix ベースのストレージインフラストラクチャを初めて利用するお客様に最適です。Symmetrix VMAX 10K は、アレイが届いたその日に簡単にセットアップできるように事前構成されているため、インストールは 4 時間以内に完了します。

Virtual Matrix Architectureを活用するSymmetrix VMAX 10Kは、エンタープライズレベルの信頼性、可用性、保守性を提供します。100%仮想プロビジョニングシステムとして、VMAX 10Kは、ホスト、アプリケーション、ファイルシステムに、物理的に提供されているストレージよりも多くのストレージを供給するという考え方ができます1 。物理ストレージは、アプリケーションを最初に構成したときではなく、データを書き込むときにのみ割り当てられます。このため手動計算が不要になり、同時にアレイでアイドル状態にあるストレージ容量を削減することで、電力および冷却コストを削減できます。 FAST VPを追加して階層型ストレージを完全自動化することで、継続中のアプリケーションやストレージのパフォーマンスに関連したメンテナンスタスクのオーバーヘッドを最小限に抑えるだけでなく、除去することも可能です。

EMCの業界をリードするVMware統合上に構築されたSymmetrix VMAX 10Kは、さらに効率的なエンタープライズストレージを提供します。EMC VSI for VMwareにより、仮想環境にEMCストレージを統合する処理が簡単になります。 Symmetrix VMAX 10Kは、シンプルな自己調整機能を、高度なエンタープライズクラスのストレージシステムにコスト効率よく統合します。EMCサブボリュームの自動階層化テクノロジーと仮想プロビジョニングテクノロジーを統合することで、FAST VPは、ストレージ管理者による、ポリシーベースの自動化計画の実装を可能にします。FAST VPは、階層と階層の間で無停止のデータ移動を動的に実行します。これにより、高パフォーマンスのドライブはボリュームのホットスポット（負荷の高い部分）にサービスを提供し、LUNやあまり高価ではないドライブは非アクティブなデータにサービスを提供するようになります。 Symmetrix VMAX 10Kの FAST VP FAST VPでは、お客様は次のことを実現できます。 • 低コスト、少ないドライブ、省電力および冷却、小さな設置面積での優れたパフォーマンス • 高パフォーマンスワークロードのためにフラッシュドライブを最大限に使用 • アクセス頻度が低いデータを SATA ドライブに置くことにより、ストレージのコストを削減 • 階層型環境での自動管理を大幅に効率化 1 VMAX 10Kストレージアレイは、最初に過剰プロビジョニングすることができます。

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EMC VSIは、EMC ストレージを環境内に使用しているすべての VMware ユーザーが利用できる VMware vCenter のプラグインです。

EMC仮想ストレー

ジインテグレータ

VSIを使用すると、EMCストレージでVMware vSphereデータストアをLUNおよび NFS共有にマッピングする処理が単純化されます。また、アレイ上にある仮想マシンおよびrawデバイスのマッピングファイルの場所を特定する際にも役立ちます。VMwareの管理者がストレージレイヤーの可視性を確保できるため、ストレージパフォーマンスの問題のトラブルシューティングに役立ちます。また、サーバ、ストレージ、仮想化の各チーム間のコミュニケーションが合理化されます。

このソリューションでは、VMware High Availability（HA)クラスタの VMware vSphereホストで、EMC PowerPath/VE ソフトウェアが使用されていました。 PowerPathにより、ホストは、複数のホストバスアダプタ（HBA）ポートを通じて、LUN に接続できるようになります。このため、複数のデータアクセスパスが使用できるようになります。これはマルチパス機能と呼ばれます。PowerPath は、ロードバランシングアルゴリズムを使用して、マルチパス LUN を最適化します。ポートのロードバランシングにより、使用可能なすべてのチャネル全体に、I/O ワークロードが均等に割り当てられます。Symmetrix VMAX 10K システムに接続されているホストは、マルチパスのメリットを受けられます。 EMC PowerPath/VE マルチパスのメリットは次のとおりです。 • 同一のストレージプロセッサにあるポートからポートへのフェイルオーバー。これにより、均等なシステム負荷が保持されます • ストレージプロセッサのポートや HBA 間でのポートのロードバランシング • ホストからストレージシステムへのより高い帯域幅割り当て

VMware vSphere 5は、最新のVMware仮想データセンターオペレーティングシステムです。VMware vSphere 5 は、すべてのアプリケーションで簡単かつプロアクティブな自動管理を可能にする組み込みの可用性、拡張性、セキュリティサービスによって、ITインフラストラクチャを最も効率的な共有のオンデマンドユーティリティに変換します。 VMware vSphere 5 vSphere 5では、仮想マシンがハイパーバイザのリソースをより効率的に活用できるようにするため、拡張性およびパフォーマンスが以下のように強化されています。 • 32way SMP（仮想対称型マルチプロセッシング）。 • ESXi 5.0 は、仮想 CPU を最大 32 個持つ仮想マシンをサポートします。これにより、VMware ESXi オペレーティングシステムで、CPU を集中的に使うワークロード（SQL Server 2012 など）、を実行できるようになります。 • 1 TB の仮想マシン RAM。ESXi 5.0 仮想マシンには、最大で 1 TB の RAM を

割り当てることができます。

• VMware vSphere サーバ 1 台あたり最大 100 万 IOPS。 • ネットワーク帯域幅 36 GB/s 以上。

EMCの業界をリードする VMware 統合上に構築された Symmetrix VMAX 10K は、 VMware vSphere 5クラウドインフラストラクチャとの新たな統合を通じて、さらに効率的なエンタープライズストレージを提供します。

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Microsoft SQL Server 2012は、eCommerce、基幹業務、およびデータウェアハウジングソリューションに対応した、Microsoftデータベース管理および解析システムの最新バージョンです。 Microsoft SQL Server 2012 AlwaysOn

SQL Server AlwaysOnは、SQL Server 2012 に対応した、新しく、包括的な高可用性（HA）および災害復旧ソリューションです。AlwaysOn は、特定のデータベースおよびすべてのインスタンスの両方に新しく強化された機能を提供することで、以下を使用したさまざまな HA システム構成のサポートを可能にします。 • AlwaysOn フェイルオーバークラスタインスタンス • AlwaysOn 可用性グループ注 SQL Server AlwaysOnは、このソリューションではテストされていません。詳細については、「Microsoft SQL Server 2012 向け EMC ミッションクリティカルインフラストラクチャ：EMC Symmetrix VMAXe、EMC FAST VP、SQL Server AlwaysOn 可用性グループ、VMware vSphere」ホワイトペーパーを参照してください。

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ソリューションの構成

このソリューションには、2 台のエンジン構成のSymmetrix VMAX 10Kストレージアレイと、FAST VPポリシーにより管理およびコントロールされる最適化されたディスク構成が含まれます。このストレージアレイは、SQL Server 2012 が実行されている仮想環境で、2 つのSQL Serverインスタンスをサポートします。ソリューションの概要

EMC VFCacheは、パフォーマンスを上げ、I/O処理のストレージアレイからサーバにオフロードし、SQL Serverの応答時間を短縮するために、プライマリSQL Server仮想マシンを使って、ESXiホストにインストールされました。

このソリューション設計には、次の物理コンポーネントが含まれています。

ソリューション

アーキテクチャ _{• 2 つの vSphere ESXi サーバ。それぞれ、1 つの SQL Server 仮想マシンをホ}

ストしています

• プライマリ SQL 仮想マシンで有効化されている VFCache • Symmetrix VMAX 10K SAN ストレージ

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図 2 は、ソリューションアーキテクチャの概要を示しています。

図 2. ソリューションアーキテクチャ

この環境は、VMware vSphere 5 およびSymmetrix VMAX 10K上の 2 つのSQL Server 2012仮想マシンから構成されていました。この仮想化されたSQL Server 2012 環境は、5%のCPUオーバーヘッドを見込んで設計されており、十分なパフォーマンスとスループットが提供されている上、設置面積を減らすことができました。この結果、物理環境と比較して、サーバのリソース効率が上がり、電力コストと冷却コストが削減されました。 SQL Server 2012 のユーザー プロファイルおよ び設計 VMware vSphere 5には、仮想マシンで最高 32 個のプロセッサをサポートできる新しい機能が用意されています。この新しい機能により、エンタープライズレベルのSQL Server 2012 の処理能力が上がり、さらに多くのトランザクションを処理できるようになっています。

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表 2 は、SQL Server構成のプロファイルを示しています。 表 2. SQL Server のプロファイル プロファイル 値 SQLデータベースの容量 4つのユーザーデータベース：合計 1.8 TB 1×50 GB（5,000 ユーザー） 1×250 GB（25,000 ユーザー） 1×500 GB（50,000 ユーザー） 1×1 TB（100,000 ユーザー） SQLサーバインスタンスの数 2 仮想マシン 1 つあたりのユーザーデータベース数 4 仮想マシンの数 2

SQL Server仮想マシンの構成プライマリサーバ：32個のIntel Xeon

X5760 CPU（2.27 GB/4×8 コア）/64 GB メモリセカンダリサーバ：24個のIntel Xeon X5760 CPU（2.27 GB/4×8 コア）/64 GB メモリ同時ユーザー組み合わせて、複数のデータベースにわたって、ホットワークロード、ウォームワークロード、コールドワークロードをシミュレート図 3 は、SQL Server LUNの設計を示しています。このソリューションでは、 300 GB VFCacheカードで使用可能なスペースを 278 GB使い、3 TBを超える 16個のデータベースLUNのキャッシュニーズをサポート（1.8 TBのアクティブデータにサービスを提供）します。この設計は、次のベストプラクティスに準拠しています。 • 共有シンプール上の異なる LUN にデータとログを分散します。 • 大規模なデータベースについては、独立したファイルグループ（tpce2、 tpce3、および tpce4）を使用します。 • プライマリサーバとセカンダリサーバで構成の整合性を確保します（データ、ログ、および tempDB）。 • キャッシュデバイス上に VMFS データストアを作成します。 • VMFS データストアから 278 GB の容量を持つ仮想ディスクを 1 つ作成し（残りのスペースは VFCache 用に予約されます）、プライマリサーバに追加します。

• VFCache ソース LUN として、プライマリデータベース LUN のみを構成します。

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図 3. 表 3. SQL Server LUNの設計 表 3 は、このソリューションの検証に使用されるハードウェアリソースをまとめたものです。 ハードウェア リソース ハードウェアリソース 装置個数構成

Symmetrix VMAX 10K 1 VMAX 10K 7.2K 2,000 GB（SATA）、数量：64 VMAX 10K 15K 450 GB（FC）、数量：120 VMAX 10K Flash 200 GB（Flash）、数量：20 エンジン：2 キャッシュ：96 GB（ミラーリング） FAST VP対応（ドライブ数は、VMAX 10Kアレイで何が使用できるかによって異なります）

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装置個数構成 32コア Intel Nehalem-EXサーバ 2 32コア 196 GB RAM ファイバチャネルスイッチ 2 8 GB FCスイッチ GbEネットワークスイッチ 1 ネットワークスイッチ：24 ポート EMC VFCacheカード（MLC） 1 ライトスルーポリシー、300 GB のキャッシュスペース表 4 に、このソリューションで使用されるソフトウェアリソースをまとめます。 ソフトウェア リソース 表 4. ソフトウェアリソース ソフトウェア 個数バージョン目的 Windows Server 2008 R2 4 2008 R2 x64 SP1 ソース仮想マシンとターゲット仮想マシン仮想マシンのロードドメインコントローラ VMware vCenter Server VMware ESXi 5 2 5.0.0

Update 1

仮想マシンをホストするための 2 ノード ESXiクラスタ

VMware vCenter 5 1 5.0.0 Virtual Center管理サーバ Microsoft SQL

Server 2012

2 RTM データベースソフトウェア

EMC PowerPath 2 5.5 SQLの本番およびセカンダリホスト HBA

の高度なマルチパス機能 EMC VSI 1 5.1 ストレージ管理を簡略化するために、 vCenterからストレージをプロビジョニングし、確認 EMC VFCacheドライバ 1 1.0 ESXiホストサーバにインストールされたドライバソフトウェア EMC VFCacheソフトウェア 1 1.0 VFCacheを使用して高速化する必要のある仮想マシンごとにインストールが必要 EMC VFCache VSI

プラグイン

1 1.0 VMware vCenterクライアントでの

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ストレージ設計

ソリューションチームは、ストレージプロビジョニングのために、Symmetrix仮想プロビジョニングテクノロジーを使用しました。シンプールは、事前構成されたシンデータデバイスを使用して、構成されていました。ストレージリソースは、シンプール内のデータデバイスすべてにわたって割り当てられたため、 I/Oは広くストライピングされました。結果として、シンデバイスに対するアプリケーションのI/Oワークロードは、すべてのリソースに均等に分散されました。概要ストレージは、ホストデータLUNレーテンシー（20 ms未満）とログLUNレーテンシー（5 ms未満）を達成するように設計されていました。表 5 はディスクグループ構成を示しています。ストレージ設計の レイアウト 表 5. ディスクグループ構成 ドライブの 種類 RAIDタイプ 必要なドライ ブ数 1ドライブにつき推奨される 最大 IOPS 合計推定 IOPS Flash1 R5（3+1） 16 1,800 28,800 FC R1 112 150 16,800 SATA R6（6+2） 56 50 3,000 1 ストレージに負荷がかかっているときのVFCacheの効果を調べるため、この階層は、2 階層ストレージ構成からは除外されていました。 3階層すべてにわたる 2 つのFAST VPシンプール（プライマリおよびセカンダリ）が作成されました。これらのシンプールは、可用性グループの各サイトで、 SQL Server tempDB、ユーザーデータベース、およびLUNにサービスを提供します。 • プライマリプール：プライマリ SQL Server 上の LUN 用 • セカンダリプール：セカンダリSQL Server上のLUN用 FAST VPのサイズ設定に関する一般的なガイドラインは以下のとおりです。 FAST VPの設計に 関する考慮事項 _{• フラッシュドライブは、ランダム読み取りの回数が多いほど、ワークロー} ドに対するパフォーマンスが向上します。データベースログ LUN には、シーケンシャル書き込みを行う性質があるため、フラッシュドライブを効果的に使用するには、データ LUN に対してのみ FAST VP を有効化します。ログ LUN および tempDB LUN は、FC 階層に固定されていました。

• 大規模なシンデバイスについては、ストライピングされたメタデバイスを使用すると、パフォーマンスが向上します。 • FAST VP ポリシー要件に従って、サイズ設定を実行します。最高の総所有コスト（TCO）のためには、RAID 5 フラッシュドライブ最高のデータ保護のためには、RAID 6 SATA ドライブ最高のパフォーマンスのためには、RAID 1 FC ドライブ

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表 6 に、このソリューションで使用される FAST VP 階層とポリシーをまとめます。 表 6. FAST VP 階層とポリシー 階層名 ドライブテクノロジー 3階層FAST VP 設定1 2階層FAST VP 設定2 MS_Flash 200 GBフラッシュドライブ 30% N/A MS_FibreChannel 450 GB 15K FCドライブ 60% 100% MS_SATA 2 TB 7.2K SATAドライブ 10% 100% 1. 階層、特にFlash階層に対するデータ量を制限しながら、最適なパフォーマンスを提供するように設計されたポリシー。 2. 2階層設定は、VFCache が、読み取りが集中的に行われるワークロードのストレージボトルネックをどのように減らすのかをデモンストレーションするために設計されました。

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VFCache

の管理と構成

このセクションでは、EMCソリューションチームが、このソリューションでどのようにVFCacheを構成したかについて、概要を説明します。概要図 4 は、VMware環境でのVSIプラグインを使用したVFCacheの管理および監視を示しています。 VFCache管理 図 4. VSI統合管理コンソール また、Windowsの仮想マシンでVFCacheコマンドラインインタフェース（CLI）を同じ目的で使用することもできます。図 5 は、278 GBのボリュームを使用するVFCacheプールにあるLUNすべての現在の統計を示しています。この図からは、読み取りヒット率（約 55%）、書き込みヒット率（5.97%）の合計、およびソースLUNそれぞれの読み取りおよび書き込みヒット率がわかります。

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図 5. Windows VFCache CLI この構成では、VFCacheカードの 300 GBのうち278 GBを使用できるキャッシュデバイスを 1 つ構成しました。図 4および図 5に示すとおり、16 台のソースデータデバイスはすべて、このキャッシュデバイスと関連付けられていました。 VFCache構成 この構成は、VSIに統合されたプラグインのウィザードを使用したので簡単でした。必要であれば、Windows仮想マシンからCLIを使用することもできます。仮想マシンでLUNに図 4のようにVFCacheを構成した時には、次の手順に従いました。 1. vSphere vCenterからキャッシュデバイスに仮想マシンファイルシステム（VMFS）を作成します。

2. VFCacheに対応した VSI プラグインを使用して、VFCache デバイスを仮想ディスクの形式で仮想マシンに追加します。

デバイス全体を 1 つの仮想マシンに追加することもできますし、仮想ディスクにパーティションして、異なる複数の仮想マシンで使用することもできます。VFCache仮想ディスクは、仮想マシンのディスク管理ウィザードに、OEM（Original Equipment Manufacturer）パーティションとして表示されます（図 6を参照）。 3. ソースデバイスを有効化されたVFCacheデバイスに追加して、このソースデバイスを高速化します。いずれのソースデバイスも、VFCache によるキャッシュ操作のために一時的に停止できます。または、他のソースデバイスに影響を与えずに、キャッシュから削除することもできます。

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図 6. VMware ディスク管理

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テストおよび検証

このソリューションでは、Symmetrix VMAX 10Kストレージシステム上のVMware 環境で仮想化されたAlwaysOn可用性グループを持つマルチユーザーのSQL Server 2012データベースでOLTPのパフォーマンスを上げるVFCacheの性能および機能を検証しました。このセクションでは、このテストの結果を説明します。 テストの概要 ベンチマークの結果は、ワークロード、具体的なアプリケーション要件、およびシステム設計と実装に大きく左右されます。上記およびその他の要因によって、相対的なシステムパフォーマンスが変動します。したがって、容量計画および製品評価に関する重要な意思決定が期待されている特別なカスタマーアプリケーションベンチマークの代わりとして、このワークロードを使用することはお勧めしません。 ベンチマーク パフォーマンスの 結果について このレポートに記載されているパフォーマンスデータはすべて、厳密にコントロールされた環境で取得されました。その他の動作環境で得られた結果とは大きく異なる可能性があります。 EMC Corporationは、1 分間あたりのトランザクション数で表されたパフォーマンスと同様の結果をユーザーが達成できる、または達成することを表明または保証しません。このテストの目的は以下のとおりです。テストの目的 • プライマリ SQL 仮想マシンで VFCache を有効化し、システム上の VFCache のインパクトと、初期の「ウォームアップ」時間を観察します。 • 次の 2 種類の構成で、SQL Server（OLTP ワークロード）のパフォーマンス向上のために VFCache を追加したインパクトを測定します。 FAST VP により制御された 2 階層構成（FC および SATA のみ） FAST VP により制御された 3 階層構成（Flash、FC、および SATA）

EMCソリューションチームは、複数のターゲットデータベースに対して、同時に同じ OLTP ワークロードをかけて一連のテストを実行しました。 テストプロ シージャ テスト手順は次のとおりでした。 1. 2つのストレージ階層を持つFAST VPを構成し、設計されたOLTPワークロードをかけます。 a. ベースラインSQL Serverパフォーマンスを測定します。 b. プライマリサーバでVFCacheを有効化し、SQL Serverのパフォーマンスを測定します。 2. 3つのストレージ階層を持つ FAST VP を構成し、同様の負荷をかけます。 a. SQL Server のパフォーマンスを測定します。 b. もう一度、プライマリサーバで VFCache を有効化し、SQL Server のパフォーマンスを測定します。注ワークロードプロファイルパラメータは、すべてのテストで一定でした。

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テスト結果 _{結果の概要} VFCacheは有効化されると同時に効果を発揮し始め、パフォーマンスの向上を必要とするデバイスが、キャッシュプールに追加されました。この環境で、パフォーマンスを最大まで上げるには、約 1 時間かかりました。このシステムには、16 個のデータベース LUN 用に構成された、使用可能なキャッシュスペース 278 GBを持つ VFCache デバイスがありました。 VFCacheにより、2 階層構成と 3 階層構成の両方で、レスポンスに時間のかかるトランザクションで、SQL Server のレスポンスタイムが大幅に短縮されました。 VFCacheのホストドライバは、サーバ/仮想マシンのシステムリソースに必要最小限のインパクトしか与えません。 VFCacheを有効化した後、読み取りレーテンシーが約 50∼70%減少しました。トランザクションレーテンシーについても、同様の効果が見られました。また、 VFCacheにより、高いレーテンシーを示していたトランザクションのレスポンスタイムも大幅に短縮されました。 VFCacheを使用しなかった場合、2 階層構成は 14,000 IOPS しかサポートできません。VFCache を使用すると、読み取りと書き込みの割合が 90:10 のときに、 24,000 IOPSをサポートできます。 VFCacheは、3 階層構成のストレージアレイ上での I/O アクティビティが大幅に削減される（約 10,000 IOPS）ため、ストレージシステムで、より多くのサーバ I/O要求をサポートできるようになりました。

FAST VPのテスト結果については、「Microsoft SQL Server 2012 向け EMC ミッションクリティカルインフラストラクチャ：EMC Symmetrix VMAXe、EMC FAST VP、SQL Server AlwaysOn 可用性グループ、VMware vSphere」ホワイトペーパーを参照してください。

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表 7 は、このソリューションで使用されたすべてのテストシナリオの詳しいテスト結果をまとめたものです。

表 7. OLTPロードがかかっている場合のパフォーマンスデータ

3階層ストレージ 2階層ストレージ

パフォーマンス

VFCacheなし VFCache あり VFCacheなし VFCacheあり

SQL Server仮想マシンの CPU 67.45% 67.85% 15.50%1 51.43% ESXi CPU 77.80% 78.20% 24.63%1 65.57% クライアント TPS 2,193 2,585 1,225 2,229 SQL Server仮想マシンの IOPS 23,938 23,916 14,123 23,602 VMAX 10KフロントエンドIOPS 24,698 14,987 15,475 13,798 レーテンシー（ms）（読み取り/ 書き込み/転送） 4/1/4 2/2/2 11/1/10 4/3/4 1 このテストで引き起こされたストレージボトルネックにより、システムにプッシュできるクライアントの負荷が制限されたため、CPUの使用率が低くなりました。 EMC VFCacheの有効化 初めて VFCache を有効化した直後、パフォーマンスの向上が明らかにわかるようになりました。最大まで向上したパフォーマンスが安定した状態に到達するまでには、約 1 時間かかりました。 278 GBの使用可能なキャッシュスペースを持つVFCache 1 つに対して、16 個のデータLUNが構成されていました。図 7 は、2 階層ストレージシステムでVFCacheを有効化した前後のプライマリ SQL Serverの読み取り/書き込みIOPSを示しています。

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図 7. VFCache有効化後のパフォーマンスの向上 システムが安定した状態に到達した後、このシステムのパフォーマンスは、 24時間のテスト期間中、非常に安定していました。 2階層システム（FC および SATA）での VFCache の効果 2階層システムから予想されるとおり、トランザクションの数が少なくても、 VFCacheがなければ、SQL Serverは明らかに長いレスポンスタイムを示していました。図 8 に示すとおり、VFCacheが有効化されていたとき、クエリー「Trade Lookup」と「Trade Update」のレスポンスタイムは50%削減されました。このテストでは、VFCacheを追加しても、システムによりサポートされるトランザクション（TPS）の総量が増加しました。

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図 8. 2階層ストレージ構成での SQL Server の平均レスポンスタイム

FAST VPプールにFC階層とSATA階層しかなく、VFCacheが有効化されている場合、 SQL Server仮想マシンIOPSは、約 14,000 から 24,000 に増加しますが、Symmetrix VMAX 10K IOPSはわずかに減少します。クライアントTPSは、1,200 から 2,200 へと、ほぼ 2 倍になります。詳細については、図 9を参照してくだ

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図 9. 2階層ストレージ構成に対する VFCache のインパクト 読み取りレーテンシーは、約 2/3 減少しましたが、書き込みレーテンシーはわずかに上昇しました。VFCacheは「ライトスルー」キャッシュであるため、書き込み処理は行いません。書き込みは、VMAX 10K ストレージアレイに直接渡されます。SQL Serverトランザクションがほとんど 2 倍になったため、同じバックエンドディスク構成を使用して、書き込み要求に対応するには、所要時間が多少長くなりました。この場合、読み取りレーテンシーと書き込みレーテンシーは両方とも 5 ms未満と、Microsoftが推奨する上限値の 20 msを大幅に下回っていました。トランザクションの処理に伴い、SQL Serverの使用率が上昇したため、CPUの使用率も上昇しました。VFCacheにより、システムのストレージのボトルネックが解消されたため、システムはより多くのSQL Server TPSを処理できるようになりました。詳細については、図 10を参照してください。

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図 10. 2階層ストレージ構成での VFCache の有効化前/後の CPU 使用率 図 11に示すとおり、VFCacheを有効化する前はSQL Serverのワークロードの読み取り/書き込み比率は 87/13 と一定でした。 VFCacheの有効化後： • SQL Server 仮想マシンでは：読み取り/書き込み比率は 90/10 に達しました。 SQL Server 仮想マシンでの読み取り I/O は、約 10,000 回増加しました。書き込み操作は 23%増加しました。 • VMAX 10K ストレージアレイでは、読み取り/書き込み比率は 84/16 に低下しました。これは、さらに多くの読み取り I/O が、サーバ側に移されたことを示しています。

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図 11. 2 階層ストレージ構成での読み取り/書き込み比率

3階層ストレージシステム（Flash、FC、および SATA）での VFCache の効果

うまく設計されたシステムで予想されるとおり、SQL Serverのレスポンスタイムは、VFCacheを導入する前から非常に短くなっていました。VFCacheは、レスポンスタイムの短いクエリーには影響を与えませんでしたが、レスポンスタイムの長いクエリーは大きな影響を受けていました。

このOLTPテストでは、「Trade Lookup」および「Trade Update」の 2 つのクエリーが非常に長いレスポンスタイムを示していました。VFCacheの有効化後、これら 2 つのクエリーのレスポンスタイムは、30%以上減少していました（図 12 を参照）。

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図 12. VFCache前/後の 3 階層ストレージ構成システムにおけるSQL Serverの平均レス ポンスタイム 3階層ストレージシステムでは、VFCacheの有効化後、アレイのIOPSは 25,000 から 15,000 に減少しました。ホストのスループット（TPS）は、1 秒間につき約 2,200から 2,600 トランザクションに改善されました。読み取りレーテンシーは、50%減少しました。詳細については、図 13を参照してください。

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VFCacheを有効化した後、CPUやメモリなどのシステムリソースの使用率は、大きく変わっていません。メモリの使用率はほぼ 100%です。これは、RAMの使用率を最大化するようにSQL Serverが設計されているためです。CPU使用率は、 VFCacheが有効化された後、わずかに増加しました（SQL Server仮想マシンとESXi サーバの両方で 0.4%）。図 14に示すとおり、VFCacheを有効化する前、読み取り/書き込み比率はSQL Server仮想マシンとアレイで一定でした（約 90:10）。 VFCacheの有効化後： • SQL Server 仮想マシンの読み取り/書き込み比率は変化していませんが、アレイの読み取り/書き込み比率は大きく減少しました。 • VMAX 10KバックエンドIOPSの合計は 10,000 減少しました（すべて読み取りI/Oです）。 図 14. 3 階層ストレージ構成システムでの読み取り/書き込み比率 VFCache統計情報

278 GBのVFCache LUNでは、合計 3 TBになる 16 個のデータベースLUNの平均キャッシュヒット率が 50∼60%でした（図 15を参照）。

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図 15. VFCache統計情報

SQL Server仮想マシンをホストするVMware ESXiサーバの両方が一貫したパフォーマンスを示しました。 VMware vSphere ESXiサーバの パフォーマンス _{図 16 は、SQLデータベース仮想マシンのプライマリコピーにサービスを提供す} るESXiサーバのCPU使用率を示しています。テスト中のCPU使用率は約65%でした。これは、VFCacheを使用せずに同じクライアントワークロードに対応しているシステム（77%）よりも低い値でした。これは、仮想化された環境では、CPU 使用率などシステムリソースにVFCacheが与えるインパクトは最小限に抑えられていることを示しています。

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図 16. プライマリ SQL 仮想マシンを持つ ESXi サーバの CPU 使用率

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結論

EMC VFCacheの拡張性と信頼性が高いことが証明されました。これにより、仮想 ESXiベースの環境でも、ストレージシステムをI/O処理のプレッシャーから解放し、ホストによるディスク読み取り動作を高速化することができます。VFCache は、SQL Serverの全体的なトランザクション率を上げ、ディスクレーテンシーを大幅に減らして、システムリソースへのインパクトを最低限に抑えます。 まとめ • vSphere 環境での VFCache の管理および監視は簡単です。構成後、ユーザーが VFCache に介入しなくても、アプリケーションのワークロードのニーズに合わせて、継続的に調整されます。 • VFCache は、SQL Server のレスポンスタイムを短縮することができます。 • VFCache のホストドライバは、サーバ/仮想マシンのシステムリソースに必要最小限のインパクトしか与えません。このテストでは、システムリソースのほとんどは、SQL Server のワークロードにより消費されていました。VFCache ドライバのオーバーヘッドは無視できるものでした（VMware 環境で CPU 使用率の 0.4%）。 • 高度に最適化された、複数の階層からなるストレージシステムで、 VFCacheは、ストレージアレイから読み取り I/O 処理をオフロードする一方で、ディスクレーテンシーを減らすことで、より大きなトランザクションスループットを可能にします。 • これよりも最適化程度の低い、2 階層ストレージ構成では、VFCache は SQL Serverトランザクションを大きく向上させ、全体的なホストディスクレーテンシーを減らすことができます。これはデータセンターの「ホットスポット（負荷の高い部分）」に対応し、発生しうるストレージボトルネックを減らすことができます。 • OLTPワークロードを伴うVFCacheに対する最初の「ウォームアップ」期間は、環境によって異なります。このソリューションでは、VFCacheが有効化された直後の影響を観察しました。3 TBのデータベースファイルをホストする 16 個のLUNすべてで、約 1 時間以内に、安定した状態に到達しました。この実証済みソリューションのテストにおける主要な発見事項は以下のとおりです。 発見事項 • VFCache プールに LUN を追加した直後から、パフォーマンスの向上が見られました。 • VFCache はサーバ主体のキャッシュです。VFCache をストレージ環境に導入するために、アプリケーションやストレージシステムのレイアウトを変更する必要はありません。 • VFCache はストレージソリューションではなく、キャッシングソリューションであるため、データを移動する必要はありません。したがって、サーバや PCIe カードで不具合が発生した場合でも、データにアクセスできなくなる恐れはありません。

• VFCache の目的は、フラッシュの管理作業をホスト CPU から PCIe カードに移行して、サーバの CPU オーバーヘッドを最小化することです。

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