1. 10分で分かる
データストレージ
星野 喬
サイボウズ・ラボ
2014-01-30

2. ⽬目次
•
•
•
•
•
データストレージの概要
ストレージ階層
性能評価軸
関連技術
進化の流流れ
2

3. データストレージ
• データを記録/参照できる装置
– 電源を切切ってもデータが消えない(不不揮発性)
– 補助/⼆二次 記憶装置とも呼ぶ
– 基本的なデバイスを単体 or 束ねて使⽤用
サーバ
ストレージ
3

4. 基本的なストレージデバイス⾊色々
• HDD
– 50年年以上の歴史，記録密度度はまだ向上中
– 機械的動作のためレイテンシ⼤大(ms)
• Flash memory
– 1984発明，2000年年代普及
– HDD と同じ IF を持つものは SSD と呼ばれる
– レイテンシ: DRAM << SSD << HDD
• その他
– FDD (役⽬目を終えた)
– Optical (CD/DVD/BD...)
– TAPE (まだまだ現役らしい)
出典: http://www.storagereview.com/
4

5. ストレージ ⼤大事なこと
•
•
•
•
•
データを失わないこと
可⽤用性の確保
性能
コスト
その他
重要度度
– セキュリティ，信頼性，
保守性，拡張性．．．
5

6. ブロックデバイス: ストレージの抽象化
• ブロック単位の IO
– メインメモリに⽐比べて低速だから
(歴史的経緯)
– ブロックサイズ: 512B or 4KiB(最近)
• アドレスとサイズを指定して IO
– SCSI もしくは類似のコマンドによる
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
...
address 4, size 4
6

7. ストレージ階層: 性能視点
レイテンシ⽬目安
SRAM (inside CPU) as cache
揮発性
不不揮発性
0.5〜～10ns
DRAM as cache
10〜～100ns
⾼高速/
⼩小容量量/
⾼高コスト
Cache (flash mem, DRAM w. bat.)
SSD/Flash drive
HDD
(Optical)
TAPE
10us〜～
5ms〜～
100ms〜～
低速/
⼤大容量量/
低コスト
7

8. ストレージ性能評価軸
• レイテンシ
– レスポンスタイム (second)
• スループット
– IOPS (# of IO per second)
– Bps/bps (Bytes/bits per second)
並列列にIOを実⾏行行できる場合，
1/(レイテンシ) = (スループット)
ではないことに注意
8

9. ストレージベンチマークの基本
• 重要なパラメータ
IOPS
– シーケンシャル or ランダム
– Read or write or mix
– IOサイズ
– 並列列度度/キューサイズ
• 典型的な性能プロット軸
# of threads
– 横軸 (並列列度度/キューサイズ)
– 縦軸 (レイテンシ or スループット)
9

10. ストレージデバイスの性能⽐比較
デバイス種類
PCI-E Flash Drive
Consumer SSD
Enterprise HDD
Consumer HDD
ベンダー/型番
Fusion-io
ioDrive2 Duo
Intel
SSD 530
Seagate
Cheetah 15K.7
Seagate
Barracuda
レイテンシ(R/W) スループット(R/W)
47/15 us
3.0/2.6 GB/s
80/85 us
540/490 MB/s
5.4/5.9 ms
204 MB/s
12.7/13.7 ms
210 MB/s
各製品のスペックシートから抜粋
10

11. ストレージ階層: 機能視点
アプリケーション (APP)
データベースシステム (DBMS)
ファイルシステム (FS)
バッファキャッシュ層 (OS 内)
ブロックデバイス層 (OS 内)
様々な機能を提供する
ソフトウェア/ハードウェア
仮想化，バックアップ，レプリケーション，
スナップショット，冗⻑⾧長化，キャッシュ，
圧縮，暗号化，分散，etc.
基本的なデバイス (HDD/SSD/etc.)
• 必ずしもストレー
ジ層だけで実現さ
れるわけではない
• 複数機能のため層
が増えることも
• ⽤用途/状況に応じて
構成は異異なる
11

12. ストレージ関連技術
• ⽬目的
– データロスト回避
– 可⽤用性向上
– コスト対性能向上
– ...
• ⼿手段
– バックアップ
– レプリケーションなどの
冗⻑⾧長化
– 専⽤用ハードウェア/
ソフトウェア導⼊入
– ...
• 技術
– RAID
– Caching
– Copy on write
– Thin provisioning
– Write ahead logging
– Dedup
– Distributed protocol
– ...
12

13. ストレージ進化の流流れ
• 容量量/スループットは徐々に向上するが
レイテンシ改善はブレイクスルーが必要
– HDD à Flash memory など
– 基本デバイスの研究開発に注⽬目
• ソフトウェアで種々の機能や性能向上を実現
– エンタープライズ向け à コモディティ化 (OSS)
• 集中管理理，⾃自動化を進める⽅方向へ
– ⾼高いのは⼈人件費という時代
注: 発表者の個⼈人的な考えです
13

14. その他の話題
• ストレージ接続規格
– SATA/SAS, ...
• ストレージネットワーキング
– FC, iSCSI, NAS, ...
• 分散ストレージ
– 合意プロトコル/耐故障性/分離離モデル/etc.
14