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Windows Server 2012 の ストレージ強化と エンタープライズへの活用
小川 大地 Microsoft MVP for Virtual Machine 日本ヒューレット・パッカード
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自己紹介
• 氏名： 小川 大地 （Daichi Ogawa）
• 仕事： サーバー・テクノロジーの啓蒙と、システム設計・実提案 （今日は Hyper-V の MVP として呼ばれたので、会社は無関係です）
• Blog： 仮想化でプリセールスしてる SE の一日
http://d.hatena.ne.jp/ogawad/
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本セッションのキーポイント
Storage • Windows Server 2012 ストレージ周りの新機能
Hardware • 最新のハードウェア・テクノロジーで実現する WS2012 の新機能
Enterprise • WS2012 や Hyper-V の最新技術をエンタープライズ分野でどう使っていくか？
サービス ファイルシステム サービス ファイルシステム
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Windows Server 2012 の主なストレージ新技術
ディスク
記憶域プール - Storage Spaces
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複数の LUN を組み合わせて “巨大なディスク” として利用
ローカルディスク （HDD / SSD）
USB ドライブ （HDD / SSD）
SAN ストレージ （FC / iSCSI / Shared SAS）
複数の LUN を組み合わせて ”巨大なディスク” として利用
2 TB 10 TB 500 GB
マウントされた VHD / VHDX ファイル
記憶域プール - Storage Spaces
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主な機能 ①
LVM と同様な三層管理 • 物理ディスク / プール / 仮想ディスク
基本概念は LVM と同じ
プール化
物理ディスク (LUN)
記憶域プール (Storage Pool)
仮想ディスク (Storage Spaces) ≒ LV
≒ VG
≒ PV
≒ VG
≒ LV ≒ PV
記憶域プール - Storage Spaces
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主な機能 ②
RAID • Simple … RAID 0 相当
• Parity … RAID 5 相当
• Mirror … 2-way（ディスク 2 本以上で構成可能） … 3-way（ディスク 5 本以上で構成可能）
冗長化
Thin Provisioning • 固定 … シック・プロビジョニング
• 最小限 … シン・プロビジョニング
• シンプロビジョニング は T10 UNMAP (Trim) にも対応
シンプロビジョニング
LUN Size 100TB ?
実際の消費量だけ 物理ディスクを確保できれば良い
記憶域プール - Storage Spaces
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主な機能 ③
物理ディスクのオンライン増設・削除 • コストを抑えた初期導入 を実現
• 10TB 割り当てておきたいけど、コストが足りない… → シンプロビジョニングを活用し、 本当に足りなくなったら、都度増設すれば良い
その他の特徴
Windows 2000 ダイナミックディスクとの違い • シンプロビジョニング や ディスク増設/削除 が可能 • カーネルモードのミニポートドライバで動作（spaceport.sys）
• 割り振ったディスクは 「LUN」 として OS から扱える • ファイルシステムの種類や機能を制限しない
4 TB 6 TB
2 TB 互換性など • LUN レイヤであるためファイルシステムに一切制限を与えない • SAN の LUN であればクラスタディスクにも対応（CSV含む）
• 4KiB セクタ HDD は、ネイティブ / RMW の両方に対応
記憶域プール - Storage Spaces
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どんなシーンで活用できるか？
退役 PC の HDD を利用した大容量ドライブ
BOX 型簡易 NAS からの卒業
エントリー SAN ストレージを無償で機能強化
ファイルシステム ディスク サービス サービス ディスク
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Windows Server 2012 の主なストレージ新技術
NTFS の新機能 ① ディスクをアンマウントして CHKDSK はもう不要
WS2012 では オンライン破損スキャンと自己修復が強化。 破損ファイルの修復 (spotfix) は通常 1 秒以内で処理できるほか処理時にボリュームの全スキャンが掛からないため、ファイル数にも依存しない。
従来、ファイルシステム上で自己修復できない破損ファイルが あった場合は、「CHKDSK /X」 によるボリュームのアンマウントと 全スキャンが必要。 このため、破損ボリューム上のファイル数次第では、 非常に長時間のダウンタイムを強いられた…
0
50
100
150
200
250
300
350
100MillionFiles
200MillionFiles
300MillionFiles
Min
utes
WindowsServer 2008 R2
WindowsServer 2012
ファイルシステム修復に要するダウンタイム
Microsoft 社資料より
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NTFS の新機能 ② データ重複除去
ファイルデータを可変サイズの “チャンク” に分割管理 定期的に重複チャンクを統合（場合によっては圧縮も）して、ディスク容量を削減
待望の “ブロックレベル” 重複排除 • 本格的な NAS ストレージと同様に チャンク 単位で重複排除 • 従来の SIS や NTFS 圧縮に比べて容量効率が良く、 性能へのインパクトも少ない
• 統合により削除された領域は T10 UNMAP に対応
データ重複除去の削減効果（例）
一般的な文書共有用途では 50% の容量削減を期待できる
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NTFS の新機能 ② データ重複除去
設定画面
重複排除は一定期間経過したファイルが対象 拡張子指定による対象外ファイルも設定可能
業務影響を抑えるためにアイドル時のみ実施 休日や夜間は処理優先度を上げることも可能
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ReFS - Resilient File System 次世代ファイルシステム
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ReFS - Resilient File System
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主な機能 ①
NTFS の欠点 • 書換方式なため、ファイル上書きでデータ消失の危険性
ReFS の場合 • 切替方式なため、障害時もデータ消失のリスクは無い
サーバー障害発生！
上書き中のファイル （書き換え方式）
中途半端な破損ファイルでコピー前のデータすら 読み出せない
新しいデータを書き込み中
古いデータはそのまま待機
古いデータ領域には 非利用フラグが立てられる
新しいデータに切り替え
ファイル整合性ストリーム *
* データベースなど、格納アドレスを意識するアプリケーションのために無効化することも可能
ReFS - Resilient File System
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主な機能 ②
記憶域プールとの連携 • ミラーボリュームを利用して、 ファイルシステムの論理破損ブロックを自動修復
オンライン破損スキャンと自動修復 • オンライン破損スキャンと自動修復は ReFS にも対応 • 「CHKDSK /X」 なしで破損データをオンライン除去
ファイルシステム的に 不正な領域を ブロック単位で自動修復
データの自動修復 と 互換性
破損ブロック 正常ブロック
既存機能との互換性 • 次ページを除く NTFS 機能と Win32 API のサポート • NTFS と同等以上のスケーラビリティと性能 • WSFC クラスタボリューム対応（CSV は非対応）
• VSS, ブロックレベル暗号化（BitLocker）サポート
ミラーモード
ReFS - Resilient File System
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パフォーマンス
NTFS (64KB)
NTFS と ReFS の性能比較（簡易版）
ReFS (64KB*) *ReFS のアロケーションユニットは 64KB のみ
512 KB は ReFS の方が得意？
ReFS - Resilient File System
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制約事項
サポートされない機能
サーバーのデータドライブのみの対応 • ブートドライブ （Cドライブ）は非対応 • USB フラッシュなどの 「リムーバブルディスク」 は非対応 • Windows 8（次期デスクトップOS）には搭載されない
CSV（クラスタ共有ボリューム）は非サポート • CSV は NTFS のみのサポートなので注意
NTFS にあって ReFS に無い機能 • 名前付きストリーム、オブジェクト ID、短い名前 • 圧縮、ファイルレベル暗号化（EFS）、拡張属性、スパース • ユーザーデータトランザクション、ハード リンク、クォータ • データ重複除去*
* WS2012 からの新機能
ReFS - Resilient File System
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どんなシーンで活用できるか？
機能重視なら NTFS, 堅牢性なら ReFS
NTFS と ReFS で性能差はほとんど無い
バックアップキャッシュ付き RAID の無い環境
ファイルシステム ディスク ファイルシステム ディスク
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Windows Server 2012 の主なストレージ新技術
サービス
ファイルサービス
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レイヤのおさらい
記憶域 プール RAID
Thick Thin
NTFS ReFS
オンライン破損スキャン と 自己修復
重複除去 CSVv2 整合性
iSCSI NFS 4.1 SMB 3.0
WSFC フェイルオーバークラスター サービス
ファイルシステム
ディスク
iSCSI と NFS
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汎用性の高い本格ストレージとして
「iSCSI Software Target」 を統合 • サーバーマネージャーと GUI 統合し、シームレスな管理
iSCSI（ブロック・ストレージ）
本格的な SAN ストレージを実現 • 下位レイヤの技術との併用で本格的なストレージに
• 記憶域プール（RAID, Thin Provisioning） • 重複排除、WSFC クラスタ対応
• 差分ディスク機能
• iPXE 対応 ディスクレス・ ネットブートソリューション
• 1 GbE で 60 台に対応 • 10 GbE の場合、
256 台の初期デプロイを 34 分で完了*
* Microsoft 社資料より
iSCSI と NFS
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汎用性の高い本格ストレージとして
NFS 4.1 に対応 • 同じ領域への
SMB 3.0 / NFS 4.1 同時アクセスも可能
• Kerberos v5
• VSS スナップショット
• RFC-2307 準拠 ID マッピング
NFS 4.1（ネットワーク・ストレージ）
本格的な NAS ストレージを実現 • 下位レイヤの技術との併用で本格的なストレージに
• 記憶域プール（RAID, Thin Provisioning） • 重複排除、WSFC クラスタ対応
• VMware Certified
SMB 3.0
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ファイル共有に最適化された SMB/CIFS は着実に進化
SMB 1.0
1990 年代 2006 年
SMB 2.0
• パイプライン機構による パケット通信量の削減
• バッファサイズの拡大 • スケーラビリティの向上 • 切断時の透過的再接続 • シンボリックリンク
2009 年
SMB 2.1
• 動的キャッシュの改善 • MTU サイズの拡大 （最大 64KB → 1MB）
• 切断時のセッション保持 • スリープモード対応 • SMB 1.0 と比較して
3 倍以上の性能向上*
* http://www.atmarkit.co.jp/ad/ms/1102windowsnas/1102windowsnas.html
2012 年
SMB 3.0
• SMB Transparent Failover • SMB Multichannel • SMB Direct • VSS Agent for SMB Storage • デフォルト MTU を 1MB に拡大 • 運用管理面の強化
SOFS - Scale-Out File Servers
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SMB 3.0 と WSFC の強化で実現する スケールアウト型ファイルサーバー
CSV v2
SOFS
WSFC
WSFC WSFC Hyper-V
MSSQL
SMB 3.0
SAN (FC, iSCSI, Shared SAS)
SOFS - Scale-Out File Servers
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汎用ファイルサーバー と スケールアウト・ファイルサーバー の比較（併用可能）
汎用ファイルサーバー スケールアウト・ファイルサーバー（SOFS）
サポート Windows Windows NT 4.0 Server ～ Windows Server 2012 ～
サポート・ボリューム クラスタ切替ディスク クラスタ共有ボリューム（CSV v2）
サポート・ファイルシステム NTFS, ReFS NTFS
サービス・プロトコル SMB / NFS（下位互換あり） SMB 3.0 のみ
NTFS 重複除去 DFS レプリケーション ファイルサーバーリソースマネージャー
○ ×
アクセス・モード Active-Passive Active-Active
シングル・ネームスペース DFS-N（名前空間） DNN（分散ネットワーク名）
ノード障害時のダウンタイム 数十秒 ほぼ一瞬
対応用途 ファイル共有（SMB / NFS） Windows Server 2012 Hyper-V Microsoft SQL Server 2008 R2 / 2012
SOFS - Scale-Out File Servers
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SOFS は Active-Active 動作
Active-Active を実現する新技術
CSV v2（クラスタ共有ボリューム） • 性能強化
• 仮想マシンの生成の向上 • ファイルコピーのパフォーマンスの向上 • Read キャッシュ機構を実装（512MB までテスト済み） • インタコネクトに SMB Direct, SMB Multichannel をサポート
• 互換性強化 • コーディネータ・ノード以外からの VSS スナップショット • マルチサブネット対応による、マルチサイト・クラスタリング • 独自フィルタドライバを持つバックアップ・アンチウィルス製品に対応 • BitLocker サポート • CSV → 通常ディスクへの移行が可能に
DNN（分散ネットワーク名） • DFS-N に代わる新しいシングルネーム・スペース • 仮想 IP アドレス不要 • 全ノードの 物理 IP アドレスを DNS に登録
SOFS - Scale-Out File Servers
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アプリからは UNC パスで指定
Windows Server 2012 Hyper-V の場合 • 仮想マシンを DNN 配下の UNC パスに格納
アプリ側での設定
Microsoft SQL Server 2012 の場合 • *.mdf や *.ldf を DNN 配下の UNC パスに格納
SOFS - Scale-Out File Servers
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なぜ、SOFS サーバーを間に挟むの？ SAN ストレージに直接アクセスした方が効率的なのでは？
WSFC WSFC Hyper-V
MSSQL
SAN (FC, iSCSI, Shared SAS)
CSV v2 OR
CSV v2
SOFS
WSFC
WSFC WSFC Hyper-V
MSSQL
SMB 3.0
SAN (FC, iSCSI, Shared SAS)
SOFS - Scale-Out File Servers
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SMB 3.0 対応アプリケーション専用
性能の目安: FC > SOFS > iSCSI
大容量 MTU（1MB）で効率の良い転送
安価なサーバーメモリでキャッシュ効果
サーバーとストレージの管理分解点を明確に
CSV v2
SOFS WSFC
WSFC WSFC Hyper-V
MSSQL
SMB 3.0
SAN (FC, iSCSI, Shared SAS)
どんなシーンで活用できるか？
SOFS の性能強化オプション
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SMB 3.0 その他の新機能
SMB Direct
ダイレクトメモリアクセス • HPC などで使われる RDMA* 上で SMB パケットを転送
• オーバーヘッドの大きい TCP/IP を介さない
• レイテンシ（遅延）と CPU 負荷を大幅削減
* Remote Direct Memory Access
必要な機材 • Infiniband HCA • RoCE (RDMA over Converged Ethernet) • iWARP
特に Infiniband は 10GbE より高性能 スループット スイッチング遅延
10GbE Ethernet 10 Gbps 1.5 ~ 2.0 msec
Infiniband (QDR) 32 Gbps 0.10 msec
Infiniband (FDR) 56 Gbps 0.17 msec
SOFS の性能強化オプション
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SMB 3.0 その他の新機能
SMB Direct
RDMA の圧倒的パフォーマンス 出典: http://smb3.info （Windows Server 12 Beta での測定結果）
ローカル接続時の性能を引き出しながら サーバーに CPU 負荷は掛けない
スループット GB/sec
IOPS 512KB
CPU負荷 Privileged
10GbE (10 Gbps) 1.1 GB/sec 2,259 < 9.8 %
RDMA (IB QDR, 32 Gbps) 3.8 GB/sec 7,508 < 3.5 %
RDMA (IB FDR, 54 Gbps) 5.8 GB/sec 11,565 < 4.8 %
Local (PCIe Direct) 5.8 GB/sec 11,616 < 6.6 %
SOFS の性能強化オプション
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SMB 3.0 その他の新機能
SMB Direct
Infiniband は速いのに安い！ SMB Multichannel • 複数のネットワーク・セグメントを使ってスループットを向上 • NIC Teaming で帯域増強できないケースで有効
SMB Multichannel
FibreChannel 16Gb Ethernet 10GbE
Infiniband FDR
10 Gbps × 24 ポート 200~250 万円
16Gbps × 24 ポート 200~250 万円
56 Gbps × 36 ポート 200~250 万円
サーバーで作れる “ユニファイド・ストレージ”
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iSCSI / NFS / SMB / SOFS を同時にホスト（WSFC クラスタリング対応）
マルチプロトコル iSCSI / NFS / SMB / SOFS
クラスタリング SMB シングルネームスペース対応
重複排除
シン・プロビジョニング 記憶域プール併用時
Windows Server “ユニファイド・ストレージ” の具現化
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WS2012 + Shared SAS をキーとする “ユニファイド・ストレージ” が登場（予定）
Cluster-in-a-Box
Server Enclosure
Additional JBODs …
1/10G Ethernet cluster connect x8 PCIe
x4 SAS
External JBOD
B ports
A ports
SAS Expander
SAS Expander 23 … 1 0
23 … 1 0 SAS
Expander
Storage Controller
CPU
SAS Expander
Storage Controller
CPU
Server A Server B
Infiniband or 10GbE
Infiniband or 10GbE 「Tech・Ed North America」 では各社が対
HP X5000 G2 （現行製品は WSS2008R2 ベース）
性能に興味がある方は 「X5000 パフォーマンス」 で
ODX - Offloaded Data Transfer
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ファイルコピー処理をストレージにオフロード
従来
ODX の動作イメージ
ODX ベネフィット • コピーによる、サーバー負荷がゼロに • コピーによる、パスの負荷もゼロに
• 夜を待たずに VM クローンができる • 1GbE 環境では特に効果的 サーバーはストレージに
コピー命令を送るだけ
要件 • ODX 対応ストレージ* • ODX API に対応したアプリケーション ODX 対応ストレージ
* T10 XCOPY に対応していれば ストレージ側の対応は容易
ODX - Offloaded Data Transfer
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ファイルコピー処理をストレージにオフロード
ODX と同様に T10/XCOPY を実装している VMware VAAI での効果
ODX の効果
米 Dell EqualLogic の ベータファームウェアによるレポート • 削減効果
• CPU 負荷: 36 % 削減
• ネットワーク負荷: 99 % 削減
• コピー時間: 1/3 に削減 • コピー速度: 2.4 倍に向上
• http://en.community.dell.com/techcenter/b/techcenter/archive/2012/04/27/offloaded-data-transfer-in-microsoft-174-windows-server-174-2012-beta.aspx
通常のクローン 34 分 52 秒
T10/XCOPY 2 分 14 秒
日本 HP によるテスト（HP P4500G2 SAS/1GbE iSCSI 環境にて、業務中における 50GB 仮想マシンのクローン所要時間）
Synthetic FibreChannel
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FC-SAN ストレージでも Hyper-V のゲスト間で WSFC（ゲストクラスタ）を構成可能に
NPIV*
NPIV 対応 FC-SAN Switch
Hyper-V ホスト
ゲスト OS （WS2008 以降）
Synthetic 対応 FC-HBA
NPIV 技術を利用 • ゲストの仮想 FC-HBA に専用の WWN が割り振られる • FC-SAN 導入規模で求められる、アプリのクラスタリングや FC テープ接続がゲストでも可能に！ • WSFC と Live Migration の併用が可能！ • 「HP Virtual Connect」 のような、既存の NPIV 技術との併用も可能（Nested NPIV）
• FCoE CNA の NPAR 分割技術とも併用可能
* NPIV = N_Port ID Virtualization
WWPN: 5000:A0…3A5000:A0…3B
WWPN: C003:FF…01 C003:FF…02
Hyper-V ホストから ゲストOS のサービス監視
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ホストクラスタだけでも ゲストOS 上のサービス監視が可能に
バックアップ関連の強化
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VSS 連携によるシームレス・バックアップから BCP を考えたクラウド対応まで
SMB ファイル共有 VSS エージェント • アプリサーバーからリモート SMB ストレージに VSS を指示
Hyper-V Replica • Hyper-V のゲスト OS は別拠点に簡単にコピーが可能
クラウドサービスへバックアップ • Windows Server
Backup (WSB) は クラウドサービスへ バックアップ可能に
• Microsoft Online Backup Service が 現在ベータテスト中
リモートの SMB ストレージと VSS 連携 災害対策も可能なサイト間バックアップ
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Follow Up!
このあとのハッピーアワーで WS2012 の実機を展示します
• NTFS vs. ReFS • Synthetic FibreChannel • SR-IOV • 10GbE • Enterprise SSD
HP ProLiant DL380p Gen8
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まとめ
記憶域 プール
シンプロ ビジョニング
T10 UNMAP
オンライン 破損 スキャン
重複除去
ReFS
NFS 4.1
iSCSI Target
SMB 3.0
SOFS
CSV v2
RDMA
ODX
Synthetic FC
Backup
43
Q & A
44
Thank You!
