NetApp HCI -番外編- NetApp HCIの圧倒的ストレージパフォーマンスっ!!

 2019.05.17  SB C&S

皆さん、こんにちは

SB C&S株式会社 技術担当の小川です。

今回はNetApp HCIの強みの1つであるストレージパフォーマンスについて紹介させていただきます。

一言でストレージのパフォーマンスと言ってもそのストレージシステムで1秒間に処理できる能力の指標であるIOPS1つのコマンドに対しての応答時間を表すレイテンシがあります。

今回弊社にてIOPSの測定と、VDI環境を想定したレイテンシの測定を実施しました。

弊社での検証内容につきましては以下の内容のご理解をお願い頂ますようお願いいたします。 

・今回掲載された検証結果につきましては弊社にて把握、確認された内容を基に作成したものであり、お客さま環境や製品機能の仕様や動作について担保・保証するものではありません。

・今回掲載された内容につきましては検証実施時点の情報であり、製品のバージョンアップ等による機能拡張によって実際の操作手順や画面構成、機能動作等が変更される場合もございますので、予めご了承ください。

なお、NetApp HCINDEのバージョンは検証当時の使用していた1.3.1を対象とします。

NetApp HCIストレージパフォーマンス

繰り返しとなりますがNetApp HCIの特徴の1つが『圧倒的なストレージパフォーマンス』です。

NetApp社としてNetApp HCIストレージノードの1ノードあたりのIOPSを保証値として公開しています。

【現行モデル】

hci-performance-01 

【旧モデル】

hci-performance-02

このI/Oのワークロードは4KBブロック、ReadWrite8020Random I/Oでの数値となります。

また上記ワークロードでのNetApp HCIのストレージクラスタから構成されるボリューム1つあたりのIOPSの最大値はは40000IOPSになります

(https://library.netapp.com/ecm/ecm_download_file/ECMLP2844052 参照)

上記のIOPSの条件からNetApp HCI旧モデルの最小構成であるストレージノード4台のIOPSの保証値を図で表すと以下になります。

hci-performance-03

そこで、弊社では上記保証値と実際のIOPSを比較すべく検証を実施しました。

検証時に使用した機材と検証構成は以下になります。

 

【検証機情報】

hci-performance-04 

【検証環境の論理構成図】

hci-performance-05 

1つのボリュームあたりのパフォーマンス検証

1つのボリュームあたりの最大IOPSを確認するために以下の手順で検証を実施しました。 

【検証手順】

  1. ストレージクラスタからボリュームを切り出しデータストアとして登録
  2. データストアにIOMeterを動作させるWindowsマシンを配置
  3. I/O負荷試験を実施するため50GBのファイルをIOMeterに作成し以下ワークロードを実施
    ・4KBブロック
    ReadWrite8020
    Random I/O
  4. 10分間の負荷試験を行い、IOPS値を計測

 hci-performance-06

【検証結果】

NetApp HCIの1ボリュームあたりの保証値40000IOPSに対し、検証結果では58000IOPS保証値よりも1.45倍高い性能が確認できました。

hci-performance-07 

ストレージクラスタあたりのパフォーマンス検証

ストレージクラスタあたりの最大IOPSを確認するために以下の手順で検証を実施しました。

ストレージに関するお役立ち資料

 

【検証手順】

  1. ストレージクラスタから1VM当たり1ボリュームを切り出しデータストアとして登録
  2. データストアにIOMeterを動作させるWindowsマシンを配置
  3. I/O負荷試験を実施するため50GBのファイルをIOMeterに作成し以下ワークロードを実施
    4KBブロック
    ReadWrite8020
    Random I/O
  4. 10分間の負荷試験を行い、IOPS値を計測

hci-performance-08 

【検証結果】

NetApp HCIの最小構成におけるストレージクラスタあたりのIOPSの保証値が200000IOPSに対し検証結果では250000IOPS保証値よりも1.25倍高い性能が確認できました

 hci-performance-09

しかし、NetApp HCIのストレージノードのメモリサイズを確認すると128GBと大きめのメモリサイズです。

hci-performance-10 

そのためI/Oに使用した50GBというファイルサイズではキャッシュヒット率が高い可能性があることからI/Oを実施するファイルサイズを50GBから128GB×4ノード=512GBよりも大きい600GBのサイズのファイルを用意し更にそれを複数用意することでキャッシュヒット率が低い状況を作り再度検証を実施しました。

 hci-performance-11

【検証結果】

NetApp HCIの最小構成におけるストレージクラスタあたりのIOPSの保証値が200000IOPSに対し非常に高い負荷をかけた検証であっても結果は206000IOPSほぼ同等の性能を確認することができました。

hci-performance-12

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VDI利用を想定したストレージパフォーマンス

HCI製品は簡単に拡張できるという特徴から利用者を順次増やすことを想定するVDIでの使用を想定することが多く見受けられます。NetApp HCIはコンピューティングリソースとストレージリソースを別々に拡張できるためVDI環境と親和性の高い製品となっております。しかし、「最小構成でVDIに耐えうるパフォーマンスを実現するのか」という観点では誰も言及していないのではと思います。といいますのもコンピューティングノードに関して搭載しているリソースを割り算することで台数を算出できますが、ストレージリソースを考えたときにIOPS値だけでは考えることができません。VDI環境におけるストレージリソースで重要になるのが“遅延(レイテンシ)”になります。人間が体感として15ms以上の遅延があると遅いと感じてしまうようです。そのためこの遅延をストレージ側で小さくすることが非常に重要になります。

今回はVDIの模擬環境として”HCI Bench”というツールを使用することで仮想マシン複数台を一括でデプロイし負荷試験を実施します。

デプロイする仮想マシンは「NetApp HCIの最小構成に収まる台数」を考慮し、以下の条件と台数のもと検証を実施します。

hci-performance-13

また、検証環境の論理構成は以下になります。

 hci-performance-14

VDI環境の定常時でのレイテンシの確認

VDI環境での通常運用時を想定し以下の手順で検証を実施します。

【検証手順】

  1. ストレージクラスタから1ボリュームを作成しデータストアとして登録
  2. HCI Benchのワークロードとして、1VM当たり以下を設定
    20IOPS
    16KBブロック
    ReadWrite8020
    Random I/O
  3. 仮想マシン180台をデータストアに配置
  4. 10分間試験を5回行い、パフォーマンスを計測

hci-performance-15

【検証結果】

IOPSに関しては180VM × 20IOPS =3,600IOPSと想定通りの結果が得ることができました。

レイテンシに関しても平均0.7msと非常に少ない値を得ることができたためVDI通常運用では問題ないことが確認できました。 

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VDI環境のヘビーワークロードでのレイテンシの確認

次にブートストームなどを想定したVDIの高負荷環境でのパフォーマンスを以下の手順で検証を実施します。 

【検証手順】

  1. ストレージクラスタから1ボリュームを作成しデータストアとして登録
  2. HCI Benchのワークロードとして、1VM当たり以下を設定
    50IOPS
    16KBブロック
    ReadWrite2080
    Random I/O
    ・仮想マシン180台をデータストアに配置
    10分間の試験を5回行い、パフォーマンスを計測

hci-performance-17

【検証結果】

IOPS値に関しては180VM × 50IOPS =9,000IOPSを想定していたが実際には半分以下の結果となりました。レイテンシに関しても40msを超える結果となりました。 

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上記の結果より1つのVolumeでは高負荷環境に耐えうることができないことが判明したためボリュームを増やし同様の検証を実施しました。

【複数ボリュームでの検証環境】

hci-performance-19 

2ボリュームでの検証結果】

2ボリューム環境で検証を実施した際、IOPS値に関して改善は見られたものの想定している9000IOPSに達したのが5回中1回でした。レイテンシに関しても改善は見られてものの20ms前後であったためVDIの実運用にでは利用できない結果でした。 

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5ボリュームでの検証結果】

5ボリュームで検証を実施した際、IOPS値に関して想定していた9000IOPSに達する結果となりました。レイテンシに関しても2.5msVDIの実運用に問題ない結果でした。

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10ボリュームでの検証結果】

10ボリュームで検証を実施した際、IOPS、レイテンシともに5ボリュームじとほぼ同等の結果を得ることができました。

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ボリューム数の増加におけるレイテンシの変動をグラフで表すと以下になります。

hci-performance-23

 

結論としましてNetApp HCIの最小構成でVDI環境を構築するには5つ以上のボリュームを構成することで高負荷環境においても実運用に耐えうるストレージパフォーマンスを実現することがわかりました。

 

今回の検証結果よりボリューム数を増やすことで安定したストレージパフォーマンスでNetApp HCIを運用できることがわかりましたが、HCIを導入する方の目的の一つとして『運用を簡単にしたい』ということがあげられると思います。そのためボリュームを1つにして管理を減らしたいという要望もあるかと思います。そのような場合「NetApp HCI第6」で紹介させて頂いた『データストアクラスタ』を用いることで複数ボリューム環境でも管理が簡単になります。

仮想環境のストレージパフォーマンスで悩まれている方は一度NetApp HCIを試していただければ幸いです。

 

【関連情報】こちらもご覧ください。

「刮目(かつもく)せよ! 「NetApp HCI」3大奥義!」(TechTarget)


【著者情報】

ogawa

小川 正一(おがわ しょういち)

ストレージやHCI製品の製品担当、プリセールスエンジニア、ソリューションエンジニアなどなどさまざまな一面を持つ。ディストリビュータという立場からさまざまな販社様に個別製品紹介やオープンセミナー、Web記事などで広くNetApp製品を紹介しているマルチなエンジニア。


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