Flash Storage(フラッシュストレージ)が求められる背景

1.データ量の爆発的な増加による、業務アプリケーションのレスポンス悪化


業務アプリケーション(パッケージ)のDBをチューニングすることは難しく、
サーバー(CPU、メモリー)やディスクの高速化による対応が求められています。

2.サーバー仮想化の普及による、ディスクI/Oのボトルネックの増加


仮想化の普及により、ディスクの共有が増えたことにより、CPUやメモリーよりも、
ディスクのI/Oがボトルネックになるケースが多く発生するようになりました。

3.機械的動作が伴うハードディスクドライブ(HDD)の処理速度向上の限界

ディスクのI/Oにかかる時間 = シーク時間 + サーチ時間 + データ転送時間
シーク時間 、サーチ時間、データ転送時間を短縮すればIOPSが向上します。

シーク時間の短縮    → HDDの小型化が有効
サーチ時間の短縮    → HDDの小型化が有効
データ転送時間の短縮  → HDDの大型化が有効

小型化と大型化を同時に実現することはできません。小型化と大型化のバランスをとりながら、HDDの性能を最大化するのが現在の技術で、HDDのパフォーマンスをCPUやメモリーのように大幅に向上させることは極めて困難です。
高いIOPSが要求されるビッグデータの分析や、サーバーの台数が多い仮想化環境においてHDDを使用すると、すぐにパフォーマンスの限界に達することが想定されます。

高速のI/Oが可能なFlash Storage(フラッシュストレージ)の特徴


※ 圧倒的な高パフォーマンス
  機械的な構造をもたないために、HDDのような待ち時間が発生しません。
  真のデータ転送時間のみのレスポンスで、HDDのミリ秒単位から、
Flash Storageのマイクロ秒単位の高速のI/O(IOPS)が実現します。

※ 空調・設備に関する高い費用対効果(ROI)
  高い集積率を持つメモリーの使用により省スペース
  回転やサーボなどのメカニズムがないために低消費電力

※ 企業の基幹業務に耐える eMLCチップを利用

SLC(長寿命)、MLC(低価格)に加え、企業向けeMLC(エンタープライズ MLC)が登場
  Flash Storageの価格と寿命を改善
  以前の企業向けFlash Storageは、長寿命で高価なSLCを使用しています。
  低価格のMLCは、寿命の観点から企業での使用は困難でした。

SLCよりも低価格で、MLCよりも長寿命のeMLCを使った新世代のFlash Storageの登場により、企業の基幹業務に採用されるようになりました。

Flash Storage(フラッシュストレージ)を支える技術

Flash Memory(フラッシュメモリー)の種類と使い分け

タイプ コスト 品質(性能) 寿命
SLC
Single-level cell
×
MLC
Multi-level cell
eMLC
Enterprise MLC

◎ 優れている
○  良い
△ やや劣る
×  劣る

ウェア・レベリング(Flash Memoryの信頼性確保技術)


局所的に書き換え回数の上限に到達しないように、まんべんなくデータの書込みを行う技術で、Flash Memoryの信頼性を確保します。

毎日容量全部の書き込みをしても、書き換える回数の上限に至るまでに、SLCなら10万日(270年以上)、MLCでも3万日(80年以上)かかります。
一般的な業務に使用する場合には、書き換えの上限回数を気にする必要はありません。

ガベージコレクション


ガベージ・コレクションとは、フラッシュ・メモリーの空き領域を開放する挙動です。
フラッシュ・メモリーはHDDと異なり、データが不要となった領域(セクター)に直接上書きはできません。そのためセクターの開放のために、ブロック全体を読んで別の領域に必要なセクターのみを書くということを行います。データ量が増えると、ガベージ・コレクションも多くなり、パフォーマンスに影響を与える場合があります。

フラッシュ・メモリーのデータの書き換え、消去方法

フラッシュメモリーのデータ書き換え・消去方法.jpg

セル :データの書かれる半導体の一単位 (青)
ブロック :セクターの集合。データの消去、書き換え単位(水色)
セクター:データの書き込み単位512B~4KB (黄色)

Flash Storage(フラッシュストレージ)の種類

ハイブリット方式は入出力が多いデータをSSDに配置させ、効率的に高入出力を処理するといったメリットがある一方、機械やソフトの判断でデータ再配置が行われるため、何のデータがSSDやHDDに配置されているかわからないといったデメリットがあります。
それに比べ、占有利用方式(ALL Flash)では配置されたデータはすべてが速くなるため単純明快ですが、価格が高いことがネックです。

Flash Storage(フラッシュストレージ)の特性に応じた選択方法

製品特徴
プロダクト 配置形態 実装形態 利用形態
IBM High IOPS Adapter
IBM Flash Adapter
(Fusion io)
サーバー内蔵 PCIe オリジナルデザイン・フラッシュメモリー 占有利用方式
IBM FlashSystem 共有型外部ストレージ
FCInfiniband
オリジナルデザイン・フラッシュメモリー 占有利用方式
IBM Storwiseシリーズ
V3700/V5000/V7000
共有型外部ストレージ
FC/iSCSI/SAS/FCoE
All SSD 占有利用方式
SSD+HDD 階層型利用方式
(ハイブリッド)

Flash Storage(フラッシュストレージ)の選択

キャパシティとパフォーマンスのバランス


ストレージの選択にはパフォーマンスとキャパシティのバランスに考慮する必要があります。
例えば、システムが赤丸のレベルのパフォーマンスを要求するとします。
このパフォーマンスをHDDで構成する場合、HDDをたくさん並べてパフォーマンス要件を満たすようにします。しかし、HDDを沢山並べたことで容量はオーバープロビジョニングとなってしまいます。
実際には赤丸のレベルのパフォーマンスを実現するにはハイブリット型のストレージを選択することになります。さらにパフォーマンスを求めるような場合はALL Flash ALL SSDなどのストレージを選択することとなります。All Flash All SSDのエリアを選ぶようなときはパフォーマンスに投資する形となります。

キャパシティとパフォーマンスのバランス.jpg

Flash Storageの配置形態

サーバー接続型

サーバーにPCIeで構成、または内蔵ディスクスペースにソリッドステートドライブ(SSD)を実装する方法があります。
サーバー内蔵型は利用形態が単純で、単一サーバー環境で容易に導入することが可能です。

外部ストレージ型

All SSD型や、オリジナルデザイン型のFlashを利用した外部ストレージ型は、大容量ディスクとしての利用が可能です。
共用ディスクと同じ形での利用が可能で、複数サーバー環境にも利用できます。

Flash Storageの実装形態

SSD

HDDとの互換性が高いために、幅広い用途に利用できます。
SSDはHDDを模倣しているために、フラッシュストレージが本来持っている性能を十分に発揮することが困難です。

オリジナルデザイン型

SSDよりも高いパフォーマンスを実現し、チップ単位のRAIDなど、最新の技術を利用できます。フラッシュストレージの性能を十分に活かすことが可能です。

Flash Storageの利用形態

階層型方式(ハイブリット方式)

SSDとHDDのハイブリット方式は、I/Oが多いデータをSSDに配置させ、効率的にI/Oの処理を行うことが可能です。ハードやソフトによる判断で、データの再配置が行われるために、データがSSDとHDDのどちらに配置されているかわからないという課題があります。

占有利用方式

高速のデータ処理が可能で、全ての処理速度が速くなります。
重要なデータを、今すぐに取り込むことが困難です。

Flash Storage(フラッシュストレージ)の活用例

~サーバー内蔵 PCIe型~

<従来>

単一データベースの
トランザクションが処理しきれず、サーバー台数がどんどん増えてしまった。

<Flash

Storageなら!!>

ディスクのボトルネックが解消してたった1台に・・・
ハードウェア費用にに加え、ライセンス費用も大幅に削減!

FlashStorage活用 サーバー内蔵型 従来.jpg

1359369904_forward.png

サーバー内蔵型FlashStorageをいれると・・・

FlashStorage活用 サーバー内蔵型 tobe.jpg.png

~共有型 外部ストレージ~

<従来>

仮想化やハイパフォーマンスDBが必要とするIOPSを確保するには、HDDの本数を増やしての対応が必須であったため、必要以上の容量を搭載してしまっていた。

FlashStorage活用 外部ストレージ_従来.jpg.png

パターン①
1359369904_forward.png

SSD+HDDの階層型利用方式(ハイブリッド)を
取入れると・・・

【パターン①】
仮想化の共有ストレージをご利用の場合

大幅なHDDの削減と
I/Oボトルネックの改善!

FlashStorage活用 外部ストレージ_ToBe_1.jpg

パターン②
1359369904_forward.png

オリジナルデザイン型
占有利用方式を
取入れると・・・

【パターン②】
データベースのバッチ処理、トランザクション処理や、DWH等の高速化が必要な場合

圧倒的なハイパフォーマンスの共有Storageにより、複雑な設計やチューニングせずにシンプルに高速化実現!

FlashStorage活用 外部ストレージ_ToBe_2.jpg

Flash Storage(フラッシュストレージ)の導入効果

※ Flash Storageに対する初期投資により、IT部門の課題を解決使い方がシンプルで、高いスキルを持ったエンジニアが不要アプリケーションデザイン、チューニング、メンテナンスコストを削減

※ Flash Storageは高いI/Oパフォーマンスにより、業務アプリケーションのパフォーマンスを向上

※ IT部門のデザイン、チューニング、メンテナンス負荷を軽減

Flash Storage(フラッシュストレージ)パフォーマンス簡易診断

JBCCは5種類の無償シュミレーションサービスを提供しています。

お客様の課題となっているパフォーマンスデータをご提供いただき、Flash Storageにより、パフォーマンスがどれだけ改善するかを分析する無償サービスです。

ツール名 備考
Oracle AWR Oracle Enterprise Editionに標準インストール済み
Oracle statspack 無償利用可能ただし、インストールとアンインストール作業が必要
iostat コマンド(Linux/AIXなど) 標準コマンドにて無償利用可能
Windowsパフォーマンス・モニタ(perfmon 標準コマンドにて無償利用可能(Windows2003以降)
DB2 DB2コマンドにて無償利用可能

Oracle AWRによるパフォーマンス分析の例


AWRレポート出力簡易手順書をお客様に提供します。
お客様から現状のパフォーマンスデータをいただきます。
~ OracleのI/O待機イベントに費やしている時間
~ Oracle Top 5 待機イベント中に占めるI/O待機イベント

FlashStorageを導入した場合の効果予測 
~ Oracle処理時間の短縮
~ 平均待機時間の短縮
~ CPU利用率の増加

効果予測を、グラフ等を使ってわかりやすい形で報告します。

各種ストレージの詳しい比較資料、Flash Storageのパフォーマンス簡易性能診断サービスの詳しい資料や下記お問い合わせよりご連絡ください。